低成本方法去除水中的微塑料和纳米塑料

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巴西圣保罗大学 (USP) 的研究人员开发出一种基于纳米技术的新型解决方案，用于去除水中的微塑料和纳米塑料。他们的研究发表在《Micron》杂志上。
微小的塑料颗粒在当今世界无处不在，可能是目前继气候紧急情况和物种与生态系统加速灭绝之后最重要的环境问题之一。
微塑料存在于土壤、水和空气中，也存在于动物和人类体内。它们来自日常消费品和较大材料的磨损。它们无处不在，存在于各种环境中。一个主要来源是用于清洗合成纤维衣服的水。目前，微塑料无法从废水中过滤出来，最终渗透到土壤、地下水位、河流、海洋和大气中。
微塑料是指直径不超过 1 毫米的碎片，这是一个众所周知且显而易见的问题。然而，纳米塑料比纳米塑料小一千倍，而且被证明是一种更为隐蔽的危害，因为它们可以穿过关键的生物屏障，到达重要器官。最近的一项研究例如，
“纳米颗粒无法用肉眼看见，也无法用传统显微镜检测到，因此很难从水处理系统中识别和清除它们，”美国圣保罗大学化学研究所 (IQ-USP) 教授兼《Micron》文章的最后一位作者 Henrique Eisi Toma 说道。
USP 开发的程序使用磁性纳米粒子，该粒子经过聚多巴胺功能化，聚多巴胺是一种从人体中存在的神经递质多巴胺中提取的聚合物。这些纳米粒子可以与微塑料和纳米塑料废物结合，然后可以通过施加磁场将结合的粒子从水中去除。
“聚多巴胺是一种模拟贻贝黏附特性的物质，贻贝能非常牢固地粘附在许多表面上。它能牢牢地粘附在水中的塑料碎片上，使磁性纳米颗粒能够捕获它们。然后可以用磁铁将这种有害物质从水中去除，”托马说。
该方法已被证明能有效去除水中的微塑料和纳米塑料，尤其是在处理系统中。然而，该研究小组还计划使用脂肪酶等特定酶来降解它们，脂肪酶可以将聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 分解成其基本成分。酶的应用将 PET 和其他广泛使用的塑料分解成更小的分子，这些分子可以重新用于生产塑料材料。
托马说：“我们的目标不仅是去除水中的塑料，还要以可持续的方式促进塑料的回收利用。”
PET 是塑料瓶和其他物品的原材料。它是一种主要污染物，尤其是因为它的降解会产生对苯二甲酸 (C 6 H 4 (COOH) 2 ) 和乙二醇 (C 2 H 4 (OH) 2 )，这两种物质都是有毒的。
“脂肪酶将 PET 分解成这些初始单体形式，这些单体可以重新用于合成新的 PET。我们的研究重点是 PET，但其他研究人员也可以加入其他特定酶来处理不同的塑料，例如聚酰胺或尼龙，”他说。
在 Toma 领导的研究中，通过共沉淀合成了氧化铁 (II, III) 或黑色氧化铁 (Fe 3 O 4 ) 的磁性纳米粒子，随后通过在弱碱性溶液中部分氧化多巴胺形成 Fe 3 O 4 @PDA ，用聚多巴胺 (PDA) 包覆该粒子。脂肪酶被固定在该基质上。使用高光谱拉曼显微镜实时监测塑料的封存和降解。
复杂问题
“塑料”一词指的是各种各样的合成或半合成聚合物，其中大部分来自化石燃料。它们的可塑性、柔韧性、重量轻、耐用性和低成本确保了它们在日常生活中使用的无数产品中存在。对这种高度密集的使用产生的残留物和废物的担忧导致了对替代品的寻找，例如生物塑料。生物塑料不是来自不可再生的石化产品，而是来自可再生和可生物降解的来源。
“这是个好主意，但在完全降解之前，生物塑料也会碎裂并形成微塑料或纳米塑料。由于具有生物相容性，它们更加危险，因为它们可以更直接地与我们的生物体相互作用并引发生物反应，”托马说。
托玛提供的另一个令人不安的信息是，瓶装矿泉水受到的生物塑料污染可能比我们在家里饮用的处理过的饮用水还要严重。
“经过处理的饮用水经过过滤、凝结和浮选等工艺，以消除大部分残留物，而矿泉水在某些方面更好——例如它更轻、含盐量更高、口感更好——但不会经过任何这些加工，因为这会破坏其特性。如果收集水的环境受到生物塑料的污染，这些颗粒就会到达消费者手中，”他说。
总而言之，挑战是艰巨的，而且没有明显的答案。Toma 和合作者提出的纳米技术为这个问题提供了一个有希望的解决方案，而这个问题的全貌才刚刚开始被人们了解。他敦促其他研究人员坚持寻找解决方案，并呼吁公共管理者认真对待这个问题。