一种溶解性有机质影响微塑料光老化行为的评估方法技术

本发明专利技术属于环境技术领域，具体涉及一种溶解性有机质影响微塑料光老化行为的评估方法。该方法提供了一套全面、系统的微塑料光老化的评估体系，即通过表观形貌、粒径大小、结晶度、羰基指数等指标的测定来反映微塑料光老化行为，结合对不同来源溶解性有机质的芳香度、三维荧光及其在光老化过程中的组分变化的测定和对自由基的探测，解析微塑料的光老化行为，为微塑料光老化行为评估提供了重要的指导意义。义。义。

【技术实现步骤摘要】
一种溶解性有机质影响微塑料光老化行为的评估方法


[0001]本专利技术属于环境
更具体地，涉及一种溶解性有机质影响微塑料光老化行为的评估方法。

技术介绍

[0002]微塑料作为一种新型有机污染物，广泛赋存于水体环境中，在外力作用下(如风、河流和洋流等)发生迁移和转化。由于其粒径小，比表面积大等特点，容易吸附环境中的持久性有机污染物和重金属，加速水体污染，威胁生态环境甚至人体健康。研究表明，微塑料能通过食物链富集进入人体，诱发组织炎症，甚至损害免疫细胞。因此，阐释微塑料在水体环境中的迁移转化对评估水生态环境影响具有重要意义。
[0003]微塑料的迁移转化受到多种环境因素所影响，从而改变其环境行为，其中微塑料在环境中光老化是研究其在水体环境中迁移转化的重要前提，受不同环境因素如pH、溶解性有机质(Dissolved organic matter，DOM)、离子浓度等所影响。其中DOM作为自然界中光化学性质较活泼的物质之一，能介导多种自由基的生成，从而影响环境污染物的迁移转化和空间分布(参见：科学通报，2021，66(36)：4619
‑
4632)。因此DOM与微塑料之间的相互作用是研究微塑料光老化过程中不容忽视的一部分。
[0004]DOM是由含氮、磷和硫的氨基酸、脂肪族和芳香族等官能团组成的复杂有机物，在环境中无处不在。不同来源的DOM的组分存在差异，具备不同的光化学活性，从而对环境中污染物(如多环芳烃等)的光化学行为产生影响。然而，目前研究中，不同来源的DOM对微塑料光老化作用机制尚不明确。一方面，DOM中含有大量的共轭发色团在微塑料光老化过程中可能会竞争光子吸收，产生光屏蔽作用，从而抑制微塑料的光老化。另一方面，DOM在光照下会被激发形成三重态(3DOM
*
)，或与含氧物种(如水，氧气)作用形成活性氧物种(ROS)，如羟基自由基(
·
OH)、单线态氧(1O2)等，从而加速微塑料的光老化。不同来源DOM的主要成分差异性决定了其产生ROS能力也不尽相同，DOM中芳香组分与含氧官能团的含量是影响ROS生成的主要因素。可见，研究不同来源的DOM对微塑料光老化作用机制，对阐述微塑料在水环境中的迁移转化规律，以及评估微塑料在水体环境中的生态风险，具有重要意义。然而，大量的研究集中于微塑料对环境物质的吸附和富集，并没有系统、全面的评估方法对微塑料在DOM影响下光老化行为进行阐述。因此，开发一种用于水环境中不同来源DOM影响微塑料光老化行为的评估方法刻不容缓。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是克服现有微塑料光老化研究体系中的缺陷和不足，提供一种溶解性有机质影响微塑料光老化行为的评估方法。
[0006]本专利技术的另一目的是提供所述评估方法在评价微塑料光老化行为中的应用。
[0007]本专利技术上述目的通过以下技术方案实现：
[0008]一种溶解性有机质影响微塑料光老化行为的评估方法，包括以下步骤：
[0009]S1.测定溶解性有机质的芳香度、组分情况与相对丰度；
[0010]S2.测定微塑料的粒径、表面形貌、结晶度和羰基指数，用于反映微塑料的光老化行为；
[0011]S3.确定吸附模型，用于反映微塑料对溶解性有机质的吸附行为：
[0012]伪一级动力学模型：Ln(q
t
‑
q
e
)＝Lnq
e
‑
k1t
[0013]伪二级动力学模型：
[0014]式中：q
e
是达到吸附平衡时溶解性有机质在微塑料上的理论吸附量，q
t
是一定吸附时间t时溶解性有机质在微塑料上的吸附量，单位均为mg/g；k1代表一级动力学吸附速率，单位为min
‑1；k2代表二级动力学吸附速率，单位为g/(mg min
‑1)；
[0015]S4.确定溶解性有机质作用微塑料的主要作用自由基，以微塑料的粒径减少率代表自由基活性，解析微塑料光老化行为。
[0016]进一步地，所述芳香度的计算公式如下：
[0017][0018]式中：SUVA
254
是指测试样品的芳香度；UV
254
为测试样品在254nm处的吸光度；DOC为测试样品中溶解性有机碳的浓度，单位为mg C/L。
[0019]进一步地，所述结晶度通过对微塑料进行X射线衍射(XRD)测试后计算得来，计算公式如下：
[0020][0021]式中：Crystallinity为微塑料的结晶度；I
c
为结晶峰面积；I
a
为非结晶峰面积。
[0022]进一步地，所述羰基指数通过对微塑料进行傅里叶变换红外光谱(FTIR)测试后计算得来，计算公式如下：
[0023][0024]式中：CI为羰基指数；A
C＝O
为傅里叶变换红外光谱图中C＝O处(1750cm
‑1左右)的吸收峰面积；A
reference
为参比吸收峰面积。
[0025]进一步地，所述FTIR图中参比吸收峰通过微塑料的类型确定。
[0026]优选地，所述FTIR图中参比吸收峰根据PLA微塑料选定为波长为1450cm
‑1的C
‑
H伸缩振动峰。
[0027]进一步地，所述粒径减少率的计算公式如下：
[0028][0029]式中：SR为粒径减少率；S
t
为微塑料在光照t时刻的粒径，单位为μm；S0为微塑料的初始粒径，单位为μm。
[0030]优选地，所述溶解性有机质的浓度为6～12mg C/L。
[0031]优选地，所述微塑料为聚苯乙烯微塑料、聚乙烯微塑料和聚乳酸(Polylactic acid，PLA)微塑料中的任意一种。
[0032]更优选地，所述微塑料为聚乳酸微塑料。
[0033]另外的，本专利技术还提供所述评估方法在评价微塑料光老化行为中的应用。
[0034]进一步地，所述微塑料光老化行为为水环境中的微塑料光老化行为。
[0035]本专利技术具有以下有益效果：
[0036]本专利技术提供了一套准确、全面和系统的微塑料光老化的评估体系，即通过表观形貌、粒径大小、结晶度、羰基指数等指标的测定来反映微塑料光老化行为，结合对不同来源溶解性有机质的芳香度、三维荧光及其在光老化过程中的组分变化的测定，进一步通过对自由基的探测解析微塑料的光老化行为，为微塑料光老化行为评估提供了重要的指导意义。
附图说明
[0037]图1为本专利技术实施例3测定的NDOM和BDOM的三维荧光(a～b)、芳香度(c)、及其组分相对丰度图(d～h)(I：类酪氨酸蛋白组分；II：类色氨酸蛋白组分；III：类富里酸组分；IV：可溶性微生物代谢副产物组分；V：类腐殖酸组分)；
[0038]图2为本专利技术实施例4测定的PLA微塑料在NDOM和BD本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种溶解性有机质影响微塑料光老化行为的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.测定溶解性有机质的芳香度、组分情况与相对丰度；S2.测定微塑料的粒径、表面形貌、结晶度和羰基指数，用于反映微塑料的光老化行为；S3.确定吸附模型，用于反映微塑料对溶解性有机质的吸附行为：伪一级动力学模型：Ln(q
t
‑
q
e
)＝Lnq
e
‑
k1t伪二级动力学模型：式中：q
e
是达到吸附平衡时溶解性有机质在微塑料上的理论吸附量，q
t
是一定吸附时间t时溶解性有机质在微塑料上的吸附量，单位均为mg/g；k1代表一级动力学吸附速率，单位为min
‑1；k2代表二级动力学吸附速率，单位为g/(mg min
‑1)；S4.确定溶解性有机质作用微塑料的主要作用自由基，以微塑料的粒径减少率代表自由基活性，解析微塑料光老化行为。2.根据权利要求1所述评估方法，其特征在于，所述芳香度的计算公式如下：式中：SUVA
254
是指测试样品的芳香度；UV
254
为测试样品在254nm处的吸光度，DOC为测试样品中溶解性有机碳的浓度，单位为mg C/L。3.根据权利要求1所述评估方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩兰芳，何结红，马维维，徐超，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：