微塑料0513丨廣西大學(xué)資源環(huán)境與能源材料團隊 JHM：不同環(huán)境介質(zhì)中口罩微塑料的老化特征：對污染物吸附及跨介質(zhì)遷移潛能的影響

近日，廣西大學(xué)資源環(huán)境與能源材料團隊在國際一區(qū)top期刊Journal of Hazardous Materials上發(fā)表了題為“Aging of mask microplastics in distinct environmental media: Impacts on pollutants adsorption and cross-media migration propensity”的研究論文。本研究系統(tǒng)比較了M-MPs在受控紫外線照射、垃圾滲濾液、室外懸掛、池塘水和土壤等不同老化途徑下的特性，并評估了它們的吸附行為。研究表明，環(huán)境因素對口罩微塑料的老化及污染物吸附起著關(guān)鍵調(diào)控作用，為廢棄口罩的環(huán)境風(fēng)險評估和管理提供了科學(xué)依據(jù)。

第一作者：汪家東 楊璐菱

通訊作者：唐艷葵 張寒冰

通訊單位：廣西大學(xué)資源環(huán)境與材料學(xué)院

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2026.142307

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一次性醫(yī)用口罩的廣泛使用導(dǎo)致大量口罩微塑料（M-MPs）釋放到環(huán)境中。M-MPs不僅直接構(gòu)成風(fēng)險，還會吸附污染物而成為污染物載體，并通過食物鏈傳遞加劇生態(tài)系統(tǒng)中污染物的富集。然而，不同老化途徑對M-MPs的老化程度及其作為污染物載體的潛在影響尚不明確。本研究系統(tǒng)比較了M-MPs在受控紫外線照射、垃圾滲濾液、室外懸掛、池塘水和土壤等不同老化途徑下的特性，并評估了它們的吸附行為。主要發(fā)現(xiàn)如下：(1) 垃圾滲濾液導(dǎo)致的老化最為嚴重（120天后羰基指數(shù)CI為1.75），其老化強度是室外懸掛的3倍；(2) 受控紫外線照射引發(fā)的老化速率最快，20天內(nèi)CI即達到0.55；(3) 經(jīng)池塘水老化的微塑料（P-MPs）對Cd(II)的吸附容量為2.11 mg·g?1，比原始口罩微塑料（M-MPs）提高了10.55倍，但其對2,4-二甲氨基甲苯（2,4-DMA）的吸附容量（0.14 mg·g?1）遠低于經(jīng)紫外線老化的微塑料（UV-MPs，0.55 mg·g?1）；(4) 吸附差異源于UV-MPs上的羰基通過親核相互作用增強了2,4-DMA的攝取，而P-MPs表面的生物膜提高了親水性，促進了Cd(II)的吸附。這些發(fā)現(xiàn)表明，環(huán)境因素對口罩微塑料的老化及污染物吸附起著關(guān)鍵調(diào)控作用，為廢棄口罩的環(huán)境風(fēng)險評估和管理提供了科學(xué)依據(jù)。

作為疾病預(yù)防的關(guān)鍵公共衛(wèi)生消耗品，一次性外科口罩被廣泛使用并大量廢棄，對環(huán)境造成了顯著影響。這類口罩主要由聚丙烯（PP）纖維構(gòu)成，在環(huán)境應(yīng)力作用下發(fā)生破碎和降解，釋放出大量微塑料（M-MPs）。研究表明，一只口罩經(jīng)紫外降解后可釋放超過150萬個微塑料纖維（≤5 μm），因此，一次性外科口罩是環(huán)境微塑料污染的重要來源，亟需引起重視。

進入環(huán)境后，M-MPs可借助降雨、風(fēng)力和人類活動等過程在土壤、水體和空氣中廣泛擴散。由于其較大的比表面積，M-MPs容易吸附有機污染物，并促進這些污染物沿土壤-植物系統(tǒng)和水生食物網(wǎng)遷移，帶來潛在的生態(tài)與健康風(fēng)險。深入理解M-MPs的老化動態(tài)至關(guān)重要，因為老化會深刻改變其理化特性、環(huán)境持久性、遷移行為以及對污染物的吸附特征。目前的研究主要集中在實驗室模擬老化（如受控紫外照射和臭氧暴露），并已取得了許多有價值的認識。

然而，針對M-MPs在池塘水、垃圾滲濾液、土壤和室外懸掛等真實環(huán)境中老化的研究仍較為有限。不同的環(huán)境條件會驅(qū)動M-MPs老化過程與速率的差異，顯著改變其官能團、結(jié)晶度、疏水性和破碎傾向等理化性質(zhì)。這些變化深刻影響著M-MPs在環(huán)境中的行為，尤其是其吸附性能及與共存污染物的相互作用。盡管越來越多的研究者已認識到上述問題并開展了基于真實環(huán)境情景的研究，但這些工作大多聚焦于單一因素，尚未系統(tǒng)性地探究和比較多種自然環(huán)境與實驗室條件下M-MPs的老化效應(yīng)。這導(dǎo)致目前對M-MPs老化機制的認識仍不充分，難以準(zhǔn)確反映它們在真實復(fù)雜環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律與環(huán)境風(fēng)險。

為彌補上述不足，本研究系統(tǒng)比較了在受控紫外照射、垃圾滲濾液、室外懸掛、池塘水和土壤等不同條件下M-MPs的老化情況，并考察了老化后M-MPs對其他污染物吸附與遷移行為的影響，具體包括：（1）定量表征紫外老化微塑料（UV-MPs）和池塘水老化微塑料（P-MPs）對典型重金屬Cd(II)與有害有機污染物2,4-二甲基苯胺（2,4-DMA）的共吸附特征；（2）闡明Cd(II)和2,4-DMA在UV-MPs與P-MPs上的吸附機制；（3）評估它們在水力驅(qū)動下于多孔介質(zhì)中的縱向傳輸。本研究揭示了不同環(huán)境條件如何塑造M-MPs的老化及相關(guān)風(fēng)險，從而加深了對其環(huán)境歸趨的理解。

圖1(a) M-MPs的來源與途徑；(b) 紫外老化M-MPs (UV-MPs)的表面形貌；(c) 池塘水老化M-MPs (P-MPs)；(d) 垃圾滲濾液老化M-MPs (L-MPs)；(e) 室外懸掛老化M-MPs (N-MPs)。

自然環(huán)境暴露會加速口罩微塑料（M-MPs）的老化，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與表面形貌發(fā)生明顯改變。在可控紫外照射下，光化學(xué)降解與熱效應(yīng)破壞了熔噴纖維網(wǎng)絡(luò)；經(jīng)池塘水或垃圾滲濾液浸泡后，微生物附著形成的生物膜拉扯并撕裂纖維；而在自然懸掛環(huán)境中，紫外線、降雨和風(fēng)力等共同作用引發(fā)微塑料破碎，這些形態(tài)結(jié)構(gòu)變化表明M-MPs在不同條件下經(jīng)歷了程度各異的老化進程。

圖2(a) 紫外老化口罩微塑料（UV-MPs）的羰基指數(shù)（CI）；(b) 自然室外懸掛老化口罩微塑料（N-MPs）的羰基指數(shù)（CI）；(c) 垃圾滲濾液老化口罩微塑料（L-MPs）的羰基指數(shù)（CI）；(d) 口罩微塑料表面的生物膜形成情況；池塘暴露90天后口罩負載生物膜樣品中微生物群落相對豐度的16S rDNA測序結(jié)果(e)和18S rDNA測序結(jié)果(f)。

羰基指數(shù)分析表明，紫外輻照在短期內(nèi)引發(fā)最快的化學(xué)老化，而垃圾滲濾液浸泡則導(dǎo)致最顯著的長期氧化效應(yīng)；CI的持續(xù)升高與結(jié)晶度的降低呈負相關(guān)，共同反映出不同環(huán)境對M?MPs物理化學(xué)性質(zhì)的深刻改造。

圖3(a–b) UV-MPs老化時間FTIR光譜的同步和異步2D COS圖；(c–d) N-MPs的同步和異步2D COS圖。

基于二維相關(guān)光譜（2D-COS）對官能團演變順序的解析，紫外老化和戶外懸掛老化呈現(xiàn)出截然不同的降解路徑。紫外老化屬于光化學(xué)氧化主導(dǎo)，官能團變化順序大致為 C–H 先發(fā)生改變，隨后依次出現(xiàn) C=O 和 C–O，表明是一個先脫氫再快速氧化的過程。而戶外懸掛老化則起始于 C–C 骨架的優(yōu)先斷裂，之后才依次涉及不同類型 C–H 的變動和部分氧化，反映出一種結(jié)構(gòu)損傷驅(qū)動的降解機制。正是這種演變順序的差異，塑造了老化微塑料表面截然不同的吸附位點特征。紫外老化早期大量生成的羰基（C=O）能有效絡(luò)合 Cd(II)，并通過氫鍵或 n-π 作用與 2,4-DMA 結(jié)合，形成高親和力吸附中心，顯著提升了對兩類污染物的吸附能力。戶外老化因羰基生成相對次要，此類特異性吸附位點密度較低，因而表現(xiàn)出明顯不同的吸附親和力。

圖4(a) M-MPs對Cd2?的吸附隨時間變化曲線；(b) M-MPs對2,4-DMA的吸附隨時間變化曲線；(c) 不同投加量下M-MPs對Cd2?的平衡吸附量；(d) 不同溫度下P-MPs對Cd2?吸附的影響；(e) pH值對UV-MPs和P-MPs吸附Cd2?的影響；(f) 不同溫度下UV-MPs對2,4-DMA吸附的影響；(g) 不同投加量下UV-MPs對2,4-DMA的吸附容量；(h) pH值對UV-MPs吸附2,4-DMA的影響。

生物膜負載的P-MPs對Cd(II)吸附能力最強，紫外老化的UV-MPs則顯著提升了對2,4-DMA的吸附，表明生物膜定殖和光化學(xué)老化分別驅(qū)動了對重金屬和有機污染物的差異親和性；增加微塑料用量降低吸附容量，溫度和pH對兩類老化MPs吸附性能的影響也截然不同。

圖5(a-b) Cd2?吸附動力學(xué)擬合：(a) 準(zhǔn)一級模型，(b) 準(zhǔn)二級模型；(c-d) 2,4?DMA吸附動力學(xué)擬合：(c) 準(zhǔn)一級模型，(d) 準(zhǔn)二級模型；(e-f) Cd2?的Freundlich與Langmuir等溫線擬合；(g-h) UV?MPs在石英砂柱中的吸附遷移：(g) 底部向上遷移，(h) 頂部向下遷移。

吸附機制上，Cd(II)在UV-MPs和P-MPs上的吸附均符合準(zhǔn)二級動力學(xué)和Freundlich模型，2,4-DMA雖符合準(zhǔn)二級動力學(xué)卻因表面異質(zhì)性和顆粒團聚不符等溫線模型；遷移方面，砂柱實驗表明增大流速顯著促進UV-MPs沿水流方向的縱向遷移，且向下遷移效率遠高于向上遷移。

圖6(a) UV-MPs、2,4-DMA和Cd(II)的分子靜電勢圖；(b) UV-MPs和2,4-DMA的HOMO與LUMO圖；(c) Cd(II)與2,4-DMA之間的吸附能及形成的氫鍵；(d) UV-MPs的吸附機理圖。

高斯模擬與吸附能計算表明，光老化UV?MPs表面的羰基氧構(gòu)成親核位點，通過HOMO?LUMO電子轉(zhuǎn)移驅(qū)動及氫鍵補充作用，可自發(fā)、穩(wěn)定地吸附Cd(II)和2,4?DMA，吸附能分別為?4.51和?8.22 kcal/mol。

本研究揭示了口罩微塑料（M-MPs）在不同環(huán)境介質(zhì)中的差異性老化行為及其潛在風(fēng)險。主要發(fā)現(xiàn)如下：（1）垃圾滲濾液引發(fā)的化學(xué)老化最為嚴重，120天后羰基指數(shù)（CI）高達1.75，是室外懸掛老化的3倍；（2）受控紫外照射下老化進程最快，僅20天CI即達到0.55；（3）老化顯著增強了M-MPs的污染物吸附能力——池塘水老化M-MPs（P-MPs）對Cd(II)的吸附容量為2.11 mg·g?1，是原始M-MPs的10.55倍，而紫外老化M-MPs（UV-MPs）對2,4-DMA的吸附容量達0.55 mg·g?1；（4）吸附差異源自不同機制：UV-MPs上的羰基通過親核相互作用增強了對有機污染物的吸附，而P-MPs表面的生物膜則提高了親水性，從而促進了重金屬的吸附。此外，水動力條件可顯著促進紫外老化M-MPs在模型多孔介質(zhì)中的垂向遷移，這為其遷移行為提供了初步認知。綜上，老化途徑是決定M-MPs環(huán)境行為與復(fù)合污染風(fēng)險的關(guān)鍵因素，可為填埋場和水生環(huán)境等高暴露場景的風(fēng)險精準(zhǔn)管控提供科學(xué)依據(jù)。

Jiadong Wang, Luling Yang, Yifang Ao, Yuxin Yang, Yuping Wu, Yankui Tang, Jing Li, Hanbing Zhang, Aging of mask microplastics in distinct environmental media: Impacts on pollutants adsorption and cross-media migration propensity, Journal of Hazardous Materials, 2026, 142307, ISSN 0304-3894, https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2026.142307

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本推文為公眾號約稿，屬于作者原創(chuàng)，歡迎轉(zhuǎn)發(fā)。

撰稿：汪家東

編輯：環(huán)境與能源功能材料

審核：張寒冰

第一作者：汪家東，廣西大學(xué)2024級碩士研究生，環(huán)境工程專業(yè)，在張寒冰教授的指導(dǎo)下進行研究。目前主要研究領(lǐng)域為微塑料的環(huán)境行為與風(fēng)險評價、壓電/光催化材料制備與環(huán)境應(yīng)用。以第一作者在Journal of Hazardous Materials刊物發(fā)表論文1篇，參與發(fā)表論文3篇。

第一作者：楊璐菱，廣西大學(xué)2020級碩士研究生，環(huán)境工程專業(yè)，在唐艷葵教授的指導(dǎo)下進行研究，主要研究領(lǐng)域為微塑料。以第一作者在Journal of Hazardous Materials刊物發(fā)表論文1篇、Process Safety and Environmental Protection刊物發(fā)表論文1篇，參與發(fā)表論文1篇。

通訊作者：唐艷葵教授，廣西大學(xué)資源環(huán)境與材料學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，研究方向為水污染控制、環(huán)境修復(fù)及環(huán)境友好材料開發(fā)。曾在桂林市環(huán)境保護局從事污染控制工作，2012年9月至2013年9月作為訪問學(xué)者赴美國普度大學(xué)開展學(xué)術(shù)交流。主持國家自然科學(xué)基金項目《礦區(qū)本土錳超富集水（濕）生植物全生命周期對重金屬持納的機理、調(diào)控方法及在污染消除中的應(yīng)用》等科研課題，參與國家社會科學(xué)基金西部項目（No.15XKS018）及廣西自然基金項目。發(fā)表SCI論文15篇（含JCR一區(qū)4篇），擔(dān)任《Journal of Hazardous Materials》期刊審稿人。主講《環(huán)境科學(xué)與工程導(dǎo)論》國家級雙語示范課程，2009、2010、2014、2015年四次獲廣西大學(xué)“我心目中的好老師”稱號，2017年獲廣西教學(xué)成果優(yōu)秀獎一等獎。

通訊作者：張寒冰教授，廣西大學(xué)資源環(huán)境與材料學(xué)院教授，Email：coldicezhang0771@163.com。主要從事環(huán)境友好型吸附、光催化、光熱催化和氣凝膠材料的設(shè)計研發(fā)，及其在環(huán)境催化、油水快速分離等方面的應(yīng)用。以第一/通訊在Chemical Engineering Journal、Journal of Hazardous Materials、Journal of Colloid and Interface Science、Separation and Purification Technology、Desalination、Journal of Environmental Chemical Engineering、Applied Clay Science等國際知名期刊上發(fā)表代表性論文40余篇。獲得廣西自治區(qū)E層次高層次人才，南寧市C類高層次人才稱號。同時主持國家自然科學(xué)基金項目、廣西重點研發(fā)計劃項目、廣西省自然科學(xué)基金項目多項，以項目骨干身份參與多項國家自然科學(xué)基金面上項目的申報及結(jié)題。獲廣西自然科學(xué)獎二等獎榮譽1項。

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