微塑料内的多溴联苯醚在鱼油中的释放机理及其调控因素

Microplastics have been increasingly detected in fish, and polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) added in them during the manufacturing process can probably be released into the fish and potentially impact human health through the food chain. The fish oil, the main composition of fish, acts as the organic solvent and probably breaks the plastic structure, facilitating the leaching of PBDEs. Thus it is unreasonable to consider the diffusion coefficients of PBDEs releasing from the plastic in fish oil were equal to those in water in previous studies. In order to accurately measure the diffusion coefficients of PBDEs in microplastic in fish oil, this study plans to take the fish oil as the external diffusion medium. According to the Fick's second law, the diffusion coefficients (D) of PBDEs will be estimated. Combined with the Arrhenius equation, the apparent activation energies (Ea) will be obtained. The relationships between the diffusion coefficients of PBDEs in the plastic and the glass transition temperature (Tg) will be investigated. The release mechanism of PBDEs in the plastic and regulatory factors will be illustrated from the point of kinetics. This study will be able to systematically quantify the chemical effect on fish caused by PBDEs in the microplastic.

微塑料被鱼摄食的现象日益严重，而微塑料在生产过程中添加的多溴联苯醚（PBDEs）可能会释放到鱼体中，通过食物链对人类健康造成潜在影响。鱼体的主要成分鱼油相当于有机溶剂，可能会破坏塑料结构，从而促进塑料中PBDEs的释放。因此，前人研究认为塑料中PBDEs向水体释放时的扩散系数等于向鱼油释放时的扩散系数是不合理的。为了更准确地测定塑料中PBDEs向鱼体中释放时的扩散系数，本项目拟以鱼体的主要成分鱼油为外部扩散基质，根据菲克第二定律，估算塑料中PBDEs的扩散系数（D）；结合阿伦尼乌斯公式估算塑料中PBDEs扩散的表观活化能（Ea）；探讨塑料中PBDEs扩散系数与塑料的玻璃化转变温度（Tg）的相关性。从动力学角度来阐明塑料中PBDEs的释放机理及调控因素，系统量化微塑料内PBDEs对鱼体造成的化学毒性效应。

微塑料中含有高浓度的多溴联苯醚（PBDEs），微塑料被生物体摄取后，其中所含的PBDEs可富集到生物体组织中，从而导致PBDEs的暴露风险。但是目前对被生物体摄入的微塑料中固有污染物的浸出动力学研究甚少。本课题研究了在相关海洋生物体温度下，亚毫米级微塑料中PBDEs在鱼油和牛磺胆酸钠水溶液中的浸出动力学，并通过生物动力学模型分别研究了PBDEs在鳕鱼和海蚯蚓中的生物积累，并分别对鳕鱼和海蚯蚓的暴露风险进行评估。.PBDEs从浸泡在鱼油中的聚苯乙烯（PS）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS），和聚丙烯（PP）小球中浸出的扩散系数分别为1.98×10-19−2.35×10-16 m2·s-1，1.89×10-20−2.07×10-18 m2·s-1，和4.26×10-18−1.72×10-15 m2·s-1。获得了BDE-209扩散系数的对数值和塑料的玻璃化转变温度之间的线性函数，可用于估算不同种类的微塑料中BDE-209的扩散系数。三种微塑料中PBDEs在鳕鱼中的生物-塑料富集因子为4.77×10-144.03×10-7。尽管鱼油增加了微塑料中PBDEs在胃肠道中的生物积累，但是在最可能的外界条件下模拟出的PBDEs在鳕鱼脂肪组织中的稳态浓度是低于全球鳕鱼脂肪组织中PBDEs浓度的最低值，从而暗示了整体上通过微塑料摄入而导致的PBDEs的生物富集是一个微不足道的途径。.PBDEs从浸泡在牛磺胆酸钠水溶液中PS、ABS和PP小球中浸出的扩散系数分别为5.82×10-23−7.96×10-20 m2·s-1, 5.49×10-23−3.45×10-20 m2·s-1, 和4.79×10-20−5.79×10-17 m2·s-1，活化能为33–148 kJ mol−1。三种微塑料中PBDEs在海蚯蚓中的生物-塑料富集因子为1.44×10-87.15×10-5。尽管摄取普通大小（>0.5 mm）的微塑料所导致的PBDEs在海蚯蚓中的生物积累的贡献微不足道，但随着微塑料的逐渐分解，微塑料中导致的PBDEs在海蚯蚓中的生物富集贡献将增加。