土壤介质中微塑料的快速提取方法及对土壤吸附重金属的特性影响研究

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近年来,随着大规模地膜和其它塑料制品的使用,土壤环境中微塑料(MPs)的含量不断增加。塑料作为土壤中重要的持久性污染物质,因为微塑料的比表面积较大,所以包括土壤中重金属在内的一些污染物质会被吸附在微塑料表面进而污染农业生态系统。不过,目前有关土壤微塑料与土壤重金属之间的交叉联系以及相互影响对整个土壤生态环境带来的危害还不明确。因此土壤介质中关于微塑料的快速检测和初步探索微塑料对土壤吸附重金属的影响对评价微塑料对土壤的生态风险具有非常重要的意义。缺少标准化的定量方法使得确定微塑料对土壤环境风险的评估变得困难。因此,本研究采用云南农业土壤为介质,通过优选微波消解法最佳操作条件(酸体系和升温程序及加酸量等),尝试从复杂土壤介质中一次性提取微塑料。通过实验室模拟实验分析微塑料对土壤重金属吸附的行为的影响,以及其它因素(p H值、微塑料含量、粒径、水土比等)对土壤重金属吸附的影响。同时研究了聚乙烯微塑料的微观特性,并比较老化前、后聚乙烯微塑料对重金属镉(Cd)、铜(Cu)和锌(Zn)的吸附差异。本文的几个重要结论如下:(1)结果表明采用15 m L HCl+5 m L HNO3+3 m L HF的酸体系可将0.1 g的土壤完全消解并从中提取出微塑料。通过对塑料表面形貌的分析发现,所有方法中塑料颗粒都有降解的迹象,但通过傅里叶红外转换光谱(FTIR)分析结果发现消解过程不影响塑料种类的识别。(2)土壤重金属吸附过程都符合准二级动力学,土壤中微塑料的含量、粒径、水土比、p H值等会影响土壤中镉(Cd)、铜(Cu)和锌(Zn)三种金属吸附能力。土壤中微塑料的含量越少、粒径越小则对土壤吸附重金属的影响越小。在较高浓度的微塑料和较大粒径下,微塑料对土壤的吸附行为影响会更大。通过表征分析结果可知聚乙烯微塑料的性质比较稳定,很难老化降解。老化后的微塑料对重金属的吸附能力略有增强,该实验中结果不明显可能由于模拟实验光老化过程的时间过短。(3)微波消解方法可以快速提取土壤中的微塑料,为快速准确评估土壤中微塑料储存量提供了一个可行的方法,同时初步探索了微塑料对土壤与重金属相互关系的影响,对了解土壤中微塑料污染的生态风险具有极其重要的理论指导意义。
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