微塑料农膜老化过程中表面特征的变化

来源:用户上传      作者:高山雪 邢梦雨 吴宇佳 徐一卢 陈蕾

　　摘要：塑料制品在环境中老化后，表面特征也会发生变化，并对其生物毒性产生很大的影响。本文采用傅立叶变换红外光谱的表征方法，对比老化前后塑料农膜的红外吸收光谱，研究塑料农膜老化过程中表面官能团的变化特征。研究发现塑料农膜表面在老化过程中发生氧化，并吸附了农药等物质，增加了塑料农膜的生态风险。
　　关键词：塑料农膜;老化;红外光谱;生态风险
　　Abstract：The surface feature of plastic products will change during the aging process in the environment，which will have great impact on the biological toxicity. This paper studied the changes in surface feature of plastic film during aging process by comparing the infrared absorption spectrum of the plastic films before and after aging using fourier transforms infrared spectroscopy.Our results indicated that oxidation took place on the surface of the film during the aging process and pesticides might be adsorbed，which might increase the ecological risk of plastic film.
　　Key words：Plastic film;Ageing;Infrared spectroscopy;Ecological risk
　　塑料農膜在农业生产中被广泛使用，自然的风力、雨淋与阳光辐射会使塑料农膜发生老化，甚至碎裂成粒径小于5 mm的微塑料。微塑料在环境中持久存在，不仅会抑制植物生长、改变相关微生物酶活性并增加生物死亡率，还可在生物体内累积，通过食物链威胁到人类的健康。研究表明，老化的微塑料往往更容易在生物体内积累，并产生更高的生物毒性，这可能与塑料老化过程中表面官能团的变化有关。因此本文采用傅立叶变换红外光谱的表征方法，研究塑料农膜老化过程中表面官能团的变化特征。
　　1 材料与方法
　　1.1 仪器与试剂
　　傅立叶变换红外光谱仪（型号IR-360，购自美国Nicolet公司）;过氧化氢（分析纯，购自上海瓦兰生物科技有限公司）、饱和氯化钠溶液（1.2 g/cm3）、95%乙醇溶液、氯化亚铁（分析纯，购自上海展云化工有限公司）、超纯水等。
　　1.2 实验方法
　　1.2.1 样品的采集与处理
　　采集的样品来自南通市如东县农业生产大棚上使用过的老化农膜，对照样品是从当地商店购买的未使用过的塑料农膜。
　　将老化农膜样品及未使用过的塑料农膜剪为1 cm×1 cm的小块，再分别将样品转移到1 L烧杯中，加入饱和NaCl溶液并用玻璃棒充分搅拌2～3 min，震荡摇匀，密封静置24 h后取上层液体;每个样品重复浮选3～5次，将所收集的上层清液置于同一烧杯中。分离取出样品后，将所有物质用30%H2O2冲洗至100 mL的小烧杯中，加入0.01 g FeCl2，立即密封置于60℃的水浴锅中加热72 h，去除样品中的生物有机质[1]。静置24 h后，将烧杯中的液体用1 mm筛网过滤，观察前将滤膜储存在培养皿中避光保存[2]。
　　1.2.2 样品的红外检测
　　处理后的样品自然风干后，将对照农膜样品和老化农膜样品用衰减全反射傅立叶变换红外光谱仪进行测定。
　　2 结果和分析
　　对照农膜样品与老化农膜样品的红光光谱图如图1所示。塑料农膜在老化前和老化后均在2 915cm-1（νC-H）、2 848cm-1（νC-H）、1 462cm-1（δCH2）出现了振动峰，并在在729 cm-1和718cm-1（νCH2）处出现了双振动峰等特征谱，推测农膜的主要成分为聚乙烯。此外，老化后的塑料农膜在500cm-1左右出现许多杂峰，在1 000～1 200cm-1出现了强吸收峰，可能为C-O键等氧化官能团的吸收峰，推测为醚、脂肪族、芳香族等物质[3]，这可能是因为塑料农膜表面在老化过程中被氧化或吸附了外来农药等物质，这些均会增加塑料农膜的生物毒性。
　　3 结论与展望
　　本研究结果表明，塑料农膜在老化过程中表面结构、基团组成和性质发生了显著的变化。由于老化塑料表面存在氧化官能团，并吸附了农药、抗生素等有机污染物，对环境和人体健康均会产生很大的威胁。因此，老化后的塑料农膜应及时回收，经适当处理后再利用，而不能使其碎裂残留在环境中，对环境造成污染。
　　参考文献
　　[1]张耀丹，李锡鹏，王旭，等.釜溪河沉积物微塑料颗粒调查分析的研究[J].四川环境，2019，38（2）：46-52
　　[2]罗雅丹，林千惠，贾芳丽，等.青岛4个海水浴场微塑料的分布特征[J].环境科学，2019，40（6）：2631-2638.
　　[3]周倩，章海波，周阳，等.滨海河口潮滩中微塑料的表面风化和成分变化[J].科学通报，2018，63（2）：214-224.
　　[4]王元元，李先国，张大海.沉积物中微塑料的提取方法研究[J].世界科技研究与发展，2016，38（01）：105-109.
　　收稿日期：2020-06-01
　　基金项目：南京林业大学大学生创新训练计划项目（2019NFUSPITP0464）。
　　作者简介：高山雪（1999-），女，汉族，本科学历，研究方向为给排水科学与工程。
　　通讯作者：陈蕾（1985-），女，汉族，博士，副教授，研究方向为给排水科学与工程。
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