还担心喝到纳米塑料颗粒？科学家开发出10分钟去除水中微/纳塑料的黑科技！

　　有着“白色污染”之称的塑料垃圾已对人们的生活环境造成严重的污染，而微/纳尺度的塑料（NP）作为一种新兴的污染物更是对环境和人体健康具有潜在的危险性。这类无处不在的NP很有可能分散在水中，随着人类的饮食、用水而进入人体，造成组织渗透和引发炎症，也可成为体内毒素的积聚物。由于NP的尺寸非常小、化学性质各异，常规处理塑料的方法，如过滤技术、生物降解、化学氧化等都难以高效、完全地除去NP。因此，开发出高效去除水中NP的技术迫在眉睫。

　　德国埃朗根‐纽伦堡大学Marcus Halik等人开发了核壳型超顺磁性氧化铁纳米颗粒（SPIONs），它们可以吸引微纳米塑料并将其粘合到较大的团聚体上，然后可以通过施加外部磁场将其10分钟内从水中除去。通过调控功能化SPIONs的表面势能，可以有效地吸引互补的带电NP，并且其上的正烷基链能与有机NP优先相互作用，避免了无机颗粒的干扰。作者通过使用来自不同水域（包括河水）的各类NP和不同SPION材料进行的系统性治理实验，验证了该技术的通用性，其对水中混合NP具有优异的治理性能。由于所用材料和工艺都很简单，该技术具有非常大的工业应用潜力。该研究以题为“The remediation of nano-/microplastics from water”的论文发表在《Materials Today》上。

　　【去离子水中NP的去除】

　　作者制备了核壳SPION材料，其中Fe 3O 4或Fe 2O 3的芯都修饰有相应的不同膦酸分子层（图1a）。该外壳设计同时提供静电和范德华力，使得SPION吸附到NP表面（图1b），并将它们进一步连接到较大的团聚体上（图1c）。最后可以通过施加外部磁场将这些NP-SPION聚集体磁性收集并从水中去除（图1d）。作者选用了三种化学性质不同的纳米级聚合物，聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯和三聚氰胺树脂以验证其通用性。此外，作者还研究了不同大小和化学成分的混合NP的治理方法。相应的SEM分析表明（图2），在SPIONs的存在下NP混合物会形成更大的团聚体，尺寸甚至比SPIONs的尺寸大一个数量级。

　　图1 纳米塑料去除的机理示意图

　　图2在去离子水中未经SPION处理和处理后的NP形貌

　　【聚集体形态分析】

　　为了更深入地了解NP-SPION聚集物，作者对其进行了扫描透射电子显微镜（STEM）、选择区域电子衍射（SAED）、能量色散X射线光谱（EDXS）和电子断层扫描（ET）表征。图3a和3b显示了混合PS团聚体的高角度环形暗场图像，揭示了较小的SPION颗粒能很好地分散在两个PS球的周围和之间。通过对其成分进行EDXS平均测量，可以确定该PS体系中Fe / C的原子分数比为1.9％。将原子分数转换为PS与SPION的质量比，得出其收集NP的能力为其自身质量的8.1倍。图3d和e展示了一个典型的混合PS团聚体的3D重建的可视化结果，证实了PS球与Fe 3O 4之间形成较大团聚体的牢固连接。同样地，作者在其他聚合物体系中观察到了与PS体系类似的结果。

　　图3 SPION处理的PS的形态表征

　　【实际水样中的NP治理】

　　作者用装有无机SiO 2颗粒的去离子水样品和实际水样（河水）进行了相同的治理实验。结果表明，无论二氧化硅的大小如何，SPION收集的各种聚合物与去离子水中一样有效，说明无机SiO 2颗粒的吸附竞争似乎对其收集NP的能力没有负面影响。从河水中进行的NP治理（污水处理厂的永久排放）展现出了SPION的最佳的收集NP的能力。SEM图像表明，河水处理的团聚体看起来与在去离子水中收集到的团聚体相似，并且没有掺入无机沉积物。由于实际水中污染物的性质和浓度未知，难免会存在另外吸附的小分子，如有机肥皂、腐殖酸或除草剂等，它们很可能会影响NP在SPION上的吸附能力。作者推测，这种分子有可能有助于补偿不利的表面电荷，从而提高每个SPION的收集。

　　总结：作者展示了一种去除微纳级塑料垃圾的通用技术，而无需考虑塑料和水质的类型。所开发的SPIONs可以连接并聚集具有不同化学结构和尺寸的纳米塑料颗粒。同时，壳层的分子结构提供了有机烷基链，这有利于克服无机颗粒的干扰。作者通过从实际水样中去除NP验证了该技术的可行性，其原理可概括为利用SPION连接在NP表面并驱动它们附聚为较大的可处理颗粒。

　　原文链接：

　　https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702121000821

　　来源：高分子科学前沿