聚苯乙烯微塑料对水中汞离子的吸附研究

摘要

微塑料(MPs)和重金属汞(Hg)之间的相互作用会对水环境及水生生物产生潜在危害,目前尚缺乏水环境中MPs对Hg吸附行为的系统研究。利用直接进样测汞仪、场发射扫描电镜-能谱仪和傅里叶变换红外光谱仪等手段,研究不同吸附时间、溶液pH、离子强度、PS-MPs粒径、环境温度等条件下PS-MPs对Hg^(2+)的吸附行为以及相关的物化参数,探究环境中广泛存在的聚苯乙烯微塑料(PS-MPs)与水环境中Hg^(2+)之间的相互作用,评价PS-MPs和Hg的环境行为。结果表明,平均粒径为60μm的PS-MPs能在数分钟内快速吸附Hg^(2+),在4 h内达到吸附平衡;PS-MPs对Hg^(2+)的吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附等温线遵循Freundlich模型。其对Hg^(2+)的最大吸附量为291.03 ng·mg^(-1),在此范围内溶液中Hg^(2+)含量越高,PS-MPs的吸附量越大。吸附过程存在多个吸附阶段且以非线性多分子层吸附机制为主,结合能谱和红外光谱结果证明了PS-MPs与Hg^(2+)的吸附过程主要包括静电、范德华力和化学络合吸附作用。另外,该研究还发现当溶液pH为7.0时,PS-MPs对100 ng·g^(-1) Hg^(2+)的平衡吸附量最大,约为41.51 ng·mg^(-1);温度越高,粒径更小的PS-MPs对Hg^(2+)的平衡吸附量大;溶液中离子强度越高,Hg^(2+)吸附量降低。该论文为实际环境中PS-MPs和重金属Hg的混合污染治理提供了一定的理论参考,今后还需进一步研究PS-MPs和Hg结合对水生生物的生物效应。