科学新打破！水中微塑料还可以这样清除

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在淡水资源短缺的同时，一种名为微塑料的污染物悄然“登场”。
微塑料不仅难以被传统的污水处理系统拦截，还能轻易穿透土壤颗粒，对地下水资源造成严重污染。
在淡水资源短缺和微塑料污染的双重影响下，淡水资源的“保卫战”已经打响。

什么是微塑料，它的来源有哪些？

微塑料的观点可以追溯到2004年，英国普利茅斯大学的科研职员在《科学》（Science）杂志上揭橥了一篇关于海洋水体和沉积物中塑料碎片的文章，首次提出了“微塑料”的观点。

微塑料是指直径小于5毫米的塑料碎片和颗粒，是形状多样的非均匀塑料颗粒稠浊体，很难通过肉眼分辨。
微塑料在水中大量富集，被形象地称为“海中的PM2.5”。

海水中的微塑料碎片。
图片来源：图虫创意

微塑料广泛存在于环境中，2018年，研究职员在马里亚纳海沟创造微塑料碎片；2019年，珠穆朗玛峰顶峰附近的积雪中又涌现了微塑料的身影。
大量微塑料的存在对生态环境和人体康健带来很大的威胁。

微塑料根据不同来源，分为初生微塑料和次生微塑料。

初生微塑料紧张作为工业质料或添加剂，如扮装品中含有的微塑料颗粒（微珠），以及作为工业质料的塑料颗粒和树脂颗粒。
此外，洗衣服时衣物纤维的脱落、塑料包装材料的分解等过程也会产生微塑料。

微塑料颗粒。
图片来源：图虫创意

次生微塑料是由于大型塑料废弃物在环境中经由物理、化学和生物过程逐渐破碎形成的。
这些过程包括磨损、紫外线辐射、冻融循环以及生物降解等环节，这些微塑料通过废水处理厂的排放、河流的运输等路子进入自然环境，对人类的康健造成威胁。

处理微塑料都有哪些方法？

目前，针对微塑料的处理技能紧张有物理分离、化学降解和生物降解等方法。

物理分离紧张通过筛分、过滤等办法将微塑料与其他物质分离，常用于污水、海水等水体中的微塑料处理。
物理分离技能能够迅速将微塑料从水体等分离出来，操作简便，易于履行。
但是该方法去除效率低，难以去除纳米级别的微塑料。

化学降解则利用化学试剂在特定的条件下将微塑料进一步分解为小分子，常用于固体废弃物、废水中的微塑料处理。
这种方法能够将微塑料完备分解为小分子，适用于多种类型的微塑料处理。
但是化学药剂的利用本钱较高，利用不当还可能会对环境造成二次污染。

生物降解是一种环保绿色的处理方法，利用微生物将微塑料降解成气体、水和对生物体无害的物质，该方法较多运用在土壤和水体中的微塑料处理。
生物降解法在微塑料分解过程中对环境影响较小，但是降解速率相对较慢，并且降解过程受环境成分影响较大，较难精确掌握。

“一石二鸟”：生产淡水+打消微塑料

2024年7月19日，中国科学家在《自然-通讯》（Nature Communications）期刊上揭橥了一项通过高效界面太阳能蒸发平台（ISEP）去除水中微塑料的研究成果。
该蒸发平台在生产淡水的同时还能去除水中的微塑料。

研究成果揭橥于《自然-通讯》（Nature Communiations）期刊。
图片来源：《自然-通讯》（Nature Communiations）期刊

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高效的淡水生产能力

水蒸发平台是生产淡水的根本，它将光能转化为热能，促进水的蒸发，达到降落水中离子浓度的效果。

研究者在实验过程中利用商业碳毡作为根本材料，制备了水蒸发平台。
碳毡是一种具有高光热转换效率和亲水多孔构造的三维材料，该材料能够将接管的太阳能转化为热能，其多孔构造有助于水分的快速传输和蒸发，大大提高了淡水的生产效率。

实验结果表明，三维太阳能蒸发平台（3D-ISEP）在1个太阳光照强度下，蒸发速率为2.10千克（每平方米每小时），是纯水蒸发速率的4.5倍，并且在不同溶液（不同pH值、微塑料浓度和尺寸）中均表现出稳定的蒸发性能。

a. 水蒸发装置图和红外图；b. 水蒸发质量和韶光关系图；c. 不同材料的水蒸发速率图；d. 不同水样中微塑料的数量；e. 海水和冷凝水的显微图像；f. 原位拉曼共聚焦显微图像；g. 拉曼光谱图。
图片来源：参考文献[1]

2

强大的微塑料去除能力

研究者通过嫁接手法，将聚乙烯亚胺（PEI）负载在碳毡表面，制备了“碳毡-聚乙烯亚胺（CP-PEI）”复合股料。
聚乙烯亚胺中含有丰富的氨基基团，对微塑料具有良好的吸附能力，授予了该复合股料去除水中微塑料的能力。

实验结果表明，利用“碳毡-聚乙烯亚胺（CP-PEI）”复合股料搭建的水蒸发平台在1个太阳光照强度下，经由6小时，微塑料的去除率达到100%。
纵然在阴郁的环境中，该水蒸发平台仍旧具有18%的微塑料去除率。

a. 紫外可见光谱图；b. 太阳能蒸发平台去除微塑料机理图；c. COMSOL仿照的微塑料去除率；d. 不同浓度的微塑料与去除率的关系图；e. 不同pH值的微塑料与去除率的关系图；f. 不同类型的微塑料与去除率的关系图；g. 水溶液中微塑料在不同韶光的显微图像。
图片来源：参考文献[1]

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蒸发平台生产的淡水可直接饮用

针对淡水资源短缺和水资源被微塑料污染的双重问题，研究者设计的太阳能水蒸发平台供应了“双赢”的办理方案。
在真实海水环境中，太阳能蒸发平台不仅能够有效去除海水中的微塑料和颗粒物，还能显著降落离子浓度，其制备的冷凝水可达到天下干系饮用水标准。

结语

微塑料已经成为国际社会广泛关注的四大新污染物之一，其在水中的富集不仅对环境造成极大的污染，还在慢性毒害着我们的身体。
水中微塑料的去除迫不及待，让我们从生活点滴做起，借助科技力量降服淡水资源短缺和水资源污染带来的寻衅。

参考文献

[1]Yu, Z., Li, Y., Zhang, Y. et al. Microplastic detection and remediation through efficient interfacial solar evaporation for immaculate water production[J]. Nature Communications, 2024.

[2]Richard C. Thompson et al. Lost at Sea: Where Is All the Plastic[J]? Science, 2004.

[3]周倩,章海波,李远,等.海岸环境中微塑料污染及其生态效应研究进展[J].科学通报, 2015.

[4]孙晓霞.海洋微塑料生态风险研究进展与展望[J].地球科学进展, 2016.

策划制作

出品丨科普中国

作者丨石畅 物理化学博士

监制丨中国科普博览

责编丨董娜娜

审校丨徐来 林林

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