不同批次再生聚乙烯塑料中重金属的含量状况探究

向文平，罗思

（中华全国供销合作总社天津再生资源研究所，天津 300191）

塑料具有质量轻、不易腐蚀、保温性好、携带方便等多种优良性能,在工业、农业生产和日常生活中具有广泛用途[1]。随着我国改革不断深入，以及工业、农业、城市化进程的发展，人们对塑料的需求量不断增加，因此废弃塑料也逐年增长，废旧塑料产生一系列的环境污染问题日益突显。因此，为了响应生态文明和循环经济建设的号召，塑料再生利用成为解决资源短缺和环境污染的一项有效措施。然而，废旧塑料在再生利用过程中产生的废气、废水、废渣，不但容易造成二次污染，而且大量重金属等有毒有害物质并不能完全地被去除[2]，会在高温及长时间浸泡等情况下释放出来，对环境产生危害。

重金属铜对鱼类生长、肝脏代谢及其组织结构产生亚急性毒性效应，当浓度达到4.01 mg/L时，会使鱼类致死[3]。镍是生物体必需的微量元素之一，同时也具有很大的毒性，土壤中大量的镍能阻碍植物生长发育，使植物的组织破坏，甚至死亡。镍也能在植物中富集，当富集超过一定含量的植物进入食物链时，就会对人类和其他动物的健康产生威胁。同时镍的粉尘进入哺乳动物体内后会引起肺部出血浮肿、脑白质出血、毛细血管壁变性，甚至会引起呼吸系统疾病，严重时会恶化为呼吸系统癌症[4]。由此可见，当再生塑料在市场流通使用时，其中含有的铜、镍等重金属元素会进入水体和土壤，对生物生存的环境造成更大的危害。通过检测不同批次再生塑料中的重金属含量，找出重金属含量低的聚乙烯再生塑料并进行生产，保障人类、环境的安全，并达到节约资源的目的。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

主要设备：TAS火焰原子吸收分光光度计，微波消解仪等装置，空气压缩机，电热板，其他一些常用实验设备。

试剂：浓盐酸；浓硝酸；氢氟酸；高氯酸；镍标准溶液：ρ（Ni）=1 000 mg/L；铜标准溶液：ρ（Cu）=1 000 mg/L；铜、镍的标准质控样品；4种不同再生批次聚乙烯塑料颗粒。

1.2 检测方法

实验室的重金属铜、镍检测方法主要是《固体废物镍和铜的测定火焰原子吸收分光光度法》HJ751—2015。

1.3 实验室环境条件

实验室温度21℃，相对湿度63%，排风良好。满足仪器使用的温度和湿度条件。

1.4 方法原理

再生聚乙烯塑料经酸微波消解后，塑料中重金属铜、镍在乙炔-空气火焰中原子化，其基态原子分别对铜、镍的特征辐射谱线产生选择性吸收，其镍、铜的质量浓度在0～5.00 mg/L，与吸收强度成正比。

1.5 试样制备

对于粉碎后的固体颗粒聚乙烯塑料见图1，称取0.1～0.5 g（具体称量质量见表 1，精确至 0.001 g），将再生聚乙烯置于微波消解罐中（对应编号），用少量去离子水润湿后，分别加入6 mL浓硝酸、2 mL浓盐酸、3 mL氢氟酸，整理好微波消解罐的保护装置，按升温程序（表2）进行消解，消解完成冷却后，加入1 mL高氯酸，在电热板上加热，温度控制在150～160℃，恒温加热到冒浓浓的白烟且消解物呈不流动形态时，取下坩埚，用少许蒸馏水冲洗内壁，加入1 mL浓硝酸溶液，温热溶掉可溶性残渣，移至50 mL容量瓶中，冷却后用蒸馏水定容至标线。按照相同步骤配制空白溶液。

图1 再生聚乙烯塑料颗粒

表1 样品称量

表2 微波消解仪升温程序

1.6 标准曲线的建立

用混合标准溶液（分别取10 mL铜、镍的标准溶液液于100 mL容量瓶中，用1%硝酸定容）配制标准系列含镍和铜分别为 0.00 ug/mL，0.20 ug/mL，0.50 ug/mL，1.00 ug/mL，2.00 ug/mL，3.00 ug/mL 和 5.00 ug/mL 溶液。依照仪器条件（表3），从小浓度到大浓度的梯次吸入混合溶液，测定对应的吸光度，用对应吸光值为纵坐标，用各元素标准浓度为横坐标，分别绘制重金属铜、镍的标准曲线。

铜的标准工作曲线的线性方程与线性相关系数见图2，镍的标准工作曲线的线性方程与线性相关系数见图3。铜、镍的等梯度的吸光度值见表4，在0～5.00 mg/L的线性范围内满足方法要求。

表3 仪器条件

图2 铜的标准曲线

图3 镍的标准曲线

表4 镍、铜的等梯度吸光度值

表5 镍、铜的曲线方程

经检验，Cu的校准曲线回归方程的相关系数r为0.999 68≥0.999 0，Ni的校准曲线回归方程的相关系数r为0.999 24≥0.999 0，满足中有关校准曲线回归方程的要求。

1.7 检测试样浓度

以1%的硝酸为空白，采用火焰原子吸收分光光度法检测微波消解制得的试样，得出试样中不同批次再生聚乙烯塑料的不同重金属元素的浓度。

2 结果及讨论

2.1 方法准确度

对某一浓度标准样品进行平行测试4次，计算平均值与相对误差，测定结果见表5。准确度以质控样品测试结果的相对误差表示，计算公式如式（1）。

式中：Xi—第i个对某一浓度质控样品测试的平均值；

μ—有证标准物质标样的浓度或含量；

REi—第i个对某一浓度质控样品测试的相对误差。

表6 准确度测定结果

本实验对水质中铜、镍的质控样品进行测量，实际测量的结果：铜为1.260 mg/L，镍为1.298 mg/L，相对误差分别为1.6%和0.2%，标准样品的浓度分别为1.28±0.06 mg/L，1.3±0.06 mg/L，所得测试结果满足方法要求。

2.2 试样的测定

首先，按照溶液由低到高等梯度做好标曲；其次，以1%的硝酸作为空白；然后，测量该曲线的准确度；最后，将微波消解后的样品按照相应的编号进行测定，并以微波消解空白为空白，测定结果见表6。测定完之后按照HJ 751—2015《固体废物镍和铜的测定火焰原子吸收分光光度法》中的计算方法计算出不同中重金属铜和镍的含量，见公式（2）。

式中：ω—固体废物中元素的含量，mg/kg；

ρ1—由校准曲线查得的测定试样中元素的质量浓度，mg/L；

ρ2—实验室空白试样中元素的质量浓度，mg/L；

v0—消解后试样的定容体积，mL；

m1—固体废物样品的称取量，g；

m2—干燥后固体废物样品的质量，g；

m3—过筛试样的称取量，g。

3 结论

本方法利用火焰原子吸收分光光度法测定不同批次再生聚乙烯塑料中重金属铜、镍的含量，具有较高的准确度，其相对标准偏差分别为1.6%和0.2%，且在前处理过程中样品用量少，密闭消解体系也防止了易挥发物质的损失，使得样品中的无机物完美地保存下来。研究结果表明：1号批次的再生聚乙烯塑料中重金属铜、镍的含量均未检出；2号批次的再生聚乙烯塑料中重金属铜含量为为212.5 mg/kg，重金属镍未检出；3号批次的再生聚乙烯塑料中重金属铜含量为221.5 mg/kg，重金属镍未检出；4号批次的再生聚乙烯塑料中重金属铜含量为11.5 mg/kg，重金属镍未检出。试样测定结果见表7。

表7 试样测定结果

从研究结果可以看出：2号、3号批次的再生聚乙烯塑料中铜含量过高，可能原因是2号、3号批次的再生聚乙烯塑料的来源是电线皮线，电线在去皮时破坏了铜芯，因此使得铜含量较高。为了保证人体和生态环境的安全，建议使用1号批次的再生聚乙烯，然后再对1号批次再生聚乙烯塑料的成品进行检测。从而来保障人体和生态环境的安全。