光诱导纳米塑料产生干扰化学物质

塑料在我们的社会中无处不在，存在于包装和瓶子中，占垃圾填埋场固体废物的18%以上。其中许多塑料还进入了海洋，在那里它们需要数百年才能分解成碎片，从而危害野生动物和水生生态系统。

圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院能源、环境与化学工程教授Jun Young-Shin带领的一个研究小组分析了光是如何分解聚苯乙烯的。聚苯乙烯是一种不可生物降解的塑料，花生、DVD盒和一次性餐具都是由这种塑料制成的。此外，他们发现纳米塑料颗粒可以在环境系统中发挥积极作用。特别是，当暴露在光线下时，来自聚苯乙烯的纳米塑料意外地促进了水锰离子的氧化和锰氧化物固体的形成，这可以影响自然和工程水系统中有机污染物的命运和运输。

这项研究发表在2022年12月27日的《ACS Nano》杂志上，展示了纳米塑料通过光吸收的光化学反应如何在纳米塑料表面产生过氧自由基和超氧自由基，并启动锰氧化成氧化锰固体。

“随着越来越多的塑料碎片在自然环境中积累，人们越来越担心其不良影响，”环境纳米化学实验室的负责人Jun说。“然而，在大多数情况下，我们一直关注纳米塑料物理存在的作用，而不是它们作为反应物的活性作用。我们发现，这种小塑料颗粒更容易与周围的物质(如重金属和有机污染物)相互作用，而且比我们之前想象的更容易反应。”

Jun和她以前的学生，2022年在WashU获得环境工程博士学位，现在是芝加哥大学博士后学者，通过实验证明聚苯乙烯纳米塑料上不同的表面官能团通过影响高活性自由基、过氧自由基和超氧自由基的生成来影响锰的氧化速率。从纳米塑料中产生这些活性氧可能危及海洋生物和人类健康，并可能通过氧化还原反应影响纳米塑料在环境中的流动性，这反过来可能对其环境修复产生负面影响。

研究小组还研究了聚苯乙烯纳米塑料对锰氧化的尺寸效应，使用了30纳米、100纳米和500纳米的颗粒。两种较大的纳米颗粒比较小的纳米颗粒氧化锰所需的时间更长。最终，纳米塑料将被新形成的氧化锰纤维包围，这可以使它们容易聚集，并可以改变它们的反应和运输。

Jun说:“聚苯乙烯纳米塑料的颗粒尺寸越小，就越容易分解和释放有机物，因为它们的表面积更大。”“这种溶解的有机物可能会在光照下迅速产生活性氧，促进锰的氧化。”

Jun说:“这项实验工作还为锰氧化物固体在有机基质上的异质成核和生长提供了有用的见解，这有助于我们理解锰氧化物在环境中的存在和工程材料的合成。”“这些锰固体是氧化还原活性物种和重金属的优良清除剂，进一步影响地球化学元素氧化还原循环、碳矿化和自然界的生物代谢。”

Jun的团队计划研究各种常见塑料源的分解，这些塑料源可以释放纳米塑料和活性氧化物种，并在未来研究它们在过渡和重金属离子氧化中的积极作用。

参考:高志，周皮，刘杰，朱勇，君永。聚苯乙烯基纳米塑料在光照诱导氧化锰形成中的氧化作用。ACS Nano．2022; 16(12): 20238 - 20250。doi:10.1021 / acsnano.2c05803

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