水产养殖出水中聚苯乙烯微塑料的表面特征研究

徐一卢，来嘉熙，钱宇琪，高山雪，陈蕾

（南京林业大学土木工程学院，江苏南京 210037）

聚苯乙烯泡沫塑料广泛应用于水产养殖，然而在长时间风力、水流、太阳辐射以及生物的作用下，塑料表面会发生老化，进而碎裂成更小粒径的碎片，排放到水环境中。粒径小于5 mm的塑料颗粒被定义为微塑料，普遍存在于全球各大海洋和淡水环境中，已成为全球关注的一类新兴污染物。研究表明，微塑料能抑制生物生长、改变酶活性、增加生物的死亡率，并能在生物体内累积，通过食物链传递威胁到人类健康；同时，微塑料表面吸附了大量的有毒污染物，在一定条件下会释放出来，对生物产生危害。然而，目前关于微塑料的毒性及吸附污染物的研究主要采用的是原始塑料颗粒，而环境中的塑料颗粒由于长时间的老化，表面特征会有很大的变化，对污染物的吸附性能与生物毒性也会与原始塑料颗粒有较大的差异。因此，采用傅里叶变换红外光谱进行表征，研究水产养殖中使用的聚苯乙烯泡沫颗粒老化后的表面官能团特征。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

仪器：傅立叶变换红外光谱仪（型号IR-360，购自美国Nicolet公司）。

试剂：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）、无水乙醇溶液（95%）、氯化亚铁（为分析纯，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

泡沫球颗粒样品采集自南通市如东县一水产养殖场排放的出水，筛选出粒径2～5 mm的颗粒；对照样品是从当地商店购买的未使用过的泡沫塑料。将样品置于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。静置24 h后，将烧杯中的液体过1 mm筛网过滤，将样品风干，在培养皿中避光保存[1]。

1.2.2 样品的红外检测

处理后的样品自然风干后，将对照泡沫球塑料颗粒样品和老化泡沫球塑料颗粒样品分别采用衰减全反射傅立叶变换红外光谱仪测定。

2 结果和讨论

对照样品和使用过的泡沫球塑料颗粒样品的红外光谱图分别如图1和图2所示。与对照样品相比，老化后的样品在1 700 cm-1附近的吸收峰（C=O的特征吸收峰）增强，3 200 cm-1附近的吸收峰（-OH的特征吸收峰）也增强，说明老化泡沫球塑料表面的C=O和-OH的数量增多。此外，在500 cm-1附近出现了更多的杂峰，1 200 cm-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]。结果表明，泡沫球塑料表面在老化过程中被氧化或吸附了水中的有机污染物，如水产养殖常用的抗生素，这些均可能增加泡沫微塑料颗粒的生态风险。

图1 对照样品的红外光谱图

图2 环境样品的红外光谱图

3 结论

水产养殖常用的聚苯乙烯泡沫塑料在长时间的风力、水流、太阳辐射以及生物的作用下会发生老化、碎裂，形成微塑料并随着养殖废水的排放进入海洋。研究结果表明，在泡沫塑料球颗粒老化过程中，表面形成了大量的羰基、羟基、醚类等含氧基团，并吸附了水中的有机污染物。若不及时处理，其产生的有害物质便会通过生物进入人体，对人体和环境都造成很大的影响。因此，建议水产养殖过程中使用的泡沫塑料应在其老化碎裂之前及时更换、回收，以减少环境污染。