纳米塑料对有机污染物在饱和多孔介质中运移的影响机制研究

Plastic pollution is increasingly becoming a global environmental issue. In particular, nanoplastics (operationally defined as plastic particulates smaller than 1 micrometer or 100 nanometer) have received much attention. Nanoplastics possess relatively high colloidal stability and mobility, as well as strong adsorption affinities for a range of contaminants, and thus, may become contaminant carriers to significantly affect the fate and transport of contaminants. To date, very few studies have been conducted in this area and the underlying mechanisms are unclear. In this study, we plan to investigate how nanoplastics of different types and properties can facilitate the transport of both conventional persistent organic contaminants and emerging organic contaminants in saturated porous media. Specifically, the effects of nanoplastic structure and surface properties, physicochemical properties of contaminants, aging processes of nanoplastics, as well as environmental conditions on the capabilities of nanoplastics to mobilize contaminants will be examined. A combined microscopic, experimental and numerical modeling approach will be used to uncover the underlying mechanisms and key structure-activity relationship controlling the contaminant-mobilizing capabilities of nanoplastics. The findings may have significant implications for assessing the behaviors and potential environmental and ecological risks of nanoplastics, in particular, effects on transport of organic contaminants in saturated porous media in subsurface.

塑料垃圾污染已成为备受关注的全球性环境问题，其中纳米塑料（即尺寸小于1微米或100纳米的塑料颗粒）正在成为关注的焦点。纳米塑料具有较高的胶体稳定性和迁移能力，且对环境中的诸多污染物有很强的吸附能力，因此可成为污染物的载体，显著影响污染物的迁移归宿，但相关研究尚不多见，内在作用机制亦不明确。本项目拟选取不同种类和性质的纳米塑料，针对环境中典型的持久性有机污染物和新型有机污染物，研究纳米塑料载带有机污染物在饱和多孔介质中迁移的规律，考察纳米塑料结构和表面化学特性、污染物理化性质、以及纳米塑料老化和环境因素的共同作用对纳米塑料载带有机污染物能力的影响；以微观表征、实验研究、数学模型相结合的方式，深入探讨纳米塑料影响有机污染物迁移行为的内在机制，揭示其中的关键构效关系，为评价纳米塑料进入环境后的行为以及潜在的环境和生态风险，特别是对于地下含水层多孔介质中有机污染物迁移归宿的影响，提供理论依据。

塑料垃圾污染是当前备受关注的全球性环境问题。微纳米塑料在环境中大量存在，由于具有较高的胶体稳定性和迁移能力，且对环境中诸多污染物有很强的吸附能力，可作为污染物载体，显著影响污染物的迁移归宿。因此，微纳米塑料往往比常规尺度的塑料垃圾毒害效应更加突出，其环境行为和环境效应是学术界关注的焦点。本项目选取了不同种类和性质的微纳米塑料为研究对象，研究了微纳米塑料对环境中典型的持久性有机污染物和新型有机污染物在饱和多孔介质中运移的影响机制。具体而言，比较和考察了不同类型的微纳米塑料的组成、结构和表面化学特性、不同类型有机污染物的理化特性、微纳米塑料的不同环境老化方式（紫外光老化、臭氧老化、硫离子诱导老化等）及老化程度、不同环境条件（pH值、离子种类、离子强度、生态冠等）等共同作用下微纳米塑料的胶体稳定性、对污染物的富集能力、以及载带有机污染物在饱和多孔介质中的运移能力，重点研究了微纳米塑料载带有机污染物在饱和多孔介质中运移的特征和关键影响因素。项目分析了微纳米塑料的组成、结构和表面理化特性与微纳米塑料的胶体稳定性、微纳米塑料与有机污染物间吸附-解吸能力、微纳米塑料载带污染物迁移能力的相关性，并揭示了影响微纳米塑料载带有机污染物在饱和多孔介质中迁移能力的内在机制和影响因素，揭示了其中的关键构效关系。此外，鉴于微纳米塑料对有机污染物的吸附和载带迁移能力，项目还初步揭示了微纳米塑料上所富集的不同类型的有机污染物在模拟体液中的生物可给性。项目的研究成果可以为评价微纳米塑料进入环境后的行为以及潜在的环境和生态风险提供了科学依据和数据支持，特别是为评价地下含水层多孔介质中有机污染物迁移归宿的影响提供了理论依据，同时项目成果也有利于促进提升塑料污染防治的科学性和准确性。