微塑料（MPs）一般是指尺寸小于5毫米的塑料颗粒[1-2]，其作为一种新型污染物在海洋、土壤和空气等环境介质中广泛分布,因为其生态危害受到社会关注。如果放任塑料生产而不对其进行有效的废物管理和回收利用，预计到 2060年，将会有4415万吨塑料废物泄漏到自然环境中，其中26%会进入水体[3]。水环境中的 MPs体积小并可长期存在,可在食物链逐渐积累对水生生物造成伤害[4-5]。对人体也具有危害,高达90%MPs进入人的身体后可以被消除,但有部分被吸收进入人的血液和沉积在器官中造成危害[6]。目前,已经开发了多种用于微塑料去除的技术,包括混凝、吸附、过滤、磁分离和生物降解等[7]。
混凝作为一种广泛应用于水处理的方法，具有操作简单和去除微塑料（MPs）效率高的优点。通过投加化学药剂，混凝能够使水中悬浮物聚集形成大的絮凝体，从而实现分离，在水厂和污水处理厂中被广泛使用。硫酸铁和、十八水合硫硫酸铝是常用的絮凝剂[8]，但它们会在水体中残留金属离子，可能会对环境造成二次污染和生态毒性。为了减少环境影响，研究人员正在探索更环保的混凝剂，如淀粉基混凝剂和微藻产生的胞外聚合物[9]。而电混凝技术虽然去除效果优于传统混凝，但由于成本较高，在实际应用中较少。此外，混凝处理后产生的污泥处理也是一个问题，不当处理可能会导致MPs再次释放到环境中。
过滤技术，包括砂滤、超滤和膜滤等，是水处理中分离固液物质的有效手段。快速砂滤在去除大尺寸微塑料（MPs）方面表现出一定的效率，尤其是对于大粒径的MPs，但对小粒径MPs，尤其是小于10μm的颗粒，其去除效率较低。活性炭和生物炭作为过滤介质，对小粒径MPs显示出较高的去除效率，尤其是生物炭在特定条件下去除率可达99.8%。膜过滤技术因其对小粒径MPs的高去除率而被广泛应用于污水处理和水厂，但高浓度和较小粒径的MPs可能会加剧膜污染，且膜成本较高。此外，过滤技术在去除MPs的同时，也面临着膜污染和后续污泥处理的挑战。[10-13]
吸附法因其低成本、高效率和简便操作在去除微塑料（MPs）领域受到青睐，尤其对纳塑料和小于10μm的MPs表现出色。吸附机理多样，包括静电作用、氢键和π-π相互作用，使得多种吸附剂如生物炭、双金属氢氧化物（LDH）和金属有机骨架等得以开发应用[14]。例如，Zn-Al LDH对聚苯乙烯（PS）的吸附能力高达96%[15]，而甲壳素-氧化石墨烯（ChGO）海绵和聚乙烯亚胺包覆的乙酰乙酸酯全纤维素（HAA-PEI）纤维也展现出对PS微/纳米颗粒的高去除效率[16]。然而，吸附剂的使用可能会带来环境二次污染的风险，因此其潜在毒性、可再生性和可降解性成为应用时必须考虑的因素。
磁分离技术因其高效去除微塑料（MPs）的能力而受到关注，特别是在处理具有较大比表面积的磁性纳米颗粒时。这些磁性纳米颗粒可以与MPs结合，并通过磁力轻松分离，显示出对不同粒径MPs的高去除率，如Fe3O4纳米颗粒对100nm、500nm及1μm的MPs去除率分别可达95.9%、87.9%和86.8%。磁性Nano-Fe@ZIF-8纳米晶体和疏水铁纳米粒子也表现出对MPs的有效去除，尤其是疏水铁纳米粒子对不同尺寸和材质的MPs均有效。[17-18]然而，这种技术需要添加大量的磁性吸附剂，这不仅增加了成本，而且处理后的磁性材料需要合理处置以减少对环境的潜在风险。
生物降解技术作为一种经济且环保的方法，在处理微塑料（MPs）方面展现出其独特的优势。它通过微生物或其产生的酶在生物体内降解MPs，将长链聚合物转化为稳定的小分子产物，无需添加化学物质，成本低廉，对环境友好，且无二次污染。研究表明[19-20]，特定的细菌、真菌以及昆虫如黄粉虫能够降解传统MPs，其中黄粉虫对聚乙烯（PE）的消耗去除和生物降解有效去除率超过54%。然而，生物降解技术也存在一些局限性，包括处理效果不稳定、过程漫长，以及降解产物可能存在毒性。此外，单一类型的细菌长期培养可能导致有毒产物积累，抑制细菌生长繁殖，降低降解速率。
由上述研究成果可以看出，由于混凝剂、吸附剂等多种化学药剂被用于去除 MPs，残留药剂对水生生物存在潜在影响；尽管过滤在污水处理厂处理过程中对 MPs具有较高的去除率，但膜滤、纳滤等存在污染易、成本高的缺点，生物降解技术是一种新型绿色环保技术，但存在降解效率和速率方面的挑战。因此，研发和使用成本效益、环境友好的高效去除MPs的技术方法将成为未来研究热点和重要方向。
微 (纳米) 塑料多来源于生活垃圾的降解和生活污水的排放, 其主要组成成分为聚乙烯 (PE) 、聚丙烯 (PP) 、聚苯乙烯 (PS) 、聚氯乙烯 (PVC) 、聚乳酸 (PLA) 及聚对苯二甲酸乙二酯 (PET) 等聚合物[21]。研究发现，微塑料由于表面上吸附了大量的羧基、氨基、羟基、硝基等电离态基团或化学官能团，这些化学官能团的存在使微塑料颗粒表面带有一定的电荷，使它们具有了特殊的性质。Bhattacharya等[22]以海洋内重要的初级生产力—单细胞生物绿藻为研究对象, 发现带电的PS微球 (20 nm) 可以吸附聚集在绿藻 (2—10μm) 的表面, 影响藻类的光合作用。同时, 由于这种吸附作用的存在, 导致扇贝类对这些藻类表面的纳米塑料的吸收能力大大增强。Della Torre等[23]研究发现表面带负电的40 nm的PS微球容易聚集在海胆胚胎 (Paracentrotus lividus) 的消化道内, 而表面带正电的PS微球表现出更为明显的毒性。同时, 由于纳米塑料尺寸较小, 研究发现贻贝等可通过肠道摄取30 nm和100 nm的PS纳米颗粒［24-25］。地电化学找矿技术（CHIM）工作原理是利用外加微电场作用，将赋存在环境介质中的带电颗粒富集到元素收集器［26］。这些研究为本项目研究提供了技术方法思路。
因此，本项目拟以桂林市漓江支流某实际微塑料污染水体为对象，研究对比不同微电场强度驱动下地电提取技术(CHIM)去除水体中微塑料的效果。本项目研究成果将有望为去除水体中微塑料提供一种新的技术方法。
参考文献：
[1] CARPENTER E J, SMITH K L. Plastics on the Sargasso Sea surface[J]. Science, 1972, 175(4027): 1240-1241.
[2] THOMPSON R C, OLSEN Y, MITCHELL R P, et al. Lost at sea: where is all the plastic?[J]. Science, 2004, 304(5672): 838-838.
[3] OECD.Plastic leakage to the aquatic environments by region - projections [Z]. 2022.
[4] Farrell P, Nelson K. Trophic level transfer of microplastic: Mytilus edulis (L.) to Carcinus maenas (L.) [J]. Environmental Pollution, 2013, 177: 1-3.
[5] Setälä O, Fleming-Lehtinen V, Lehtiniemi M. Ingestion and transfer of microplastics in the planktonic food web [J]. Environmental Pollution, 2014, 185: 77-83.
[6] Smith M, Love D C, Rochman C M, et al. Microplastics in seafood and the implications for human health[J]. Current Environmental Health Reports, 2018, 5: 375-386
[7] 李波.全球入海微塑料通量的空间分异及其影响因素[D].西安理工大学,2024.DOI:10.27398/d.cnki.gxalu.2024.002045.
[8] 白水泉, 边佳诚, 王乐园, 等. 水环境微塑料去除技术的研 究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 166-175.
[9] HU P, SU K X, SUN Y B, et al. Efficient removal of nano-and micro-sized plastics using a starch-based coagulant in conjunction with polysilicic acid[J]. Science of the Total Environment, 2022, 850: 157829. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.157829.
[10] FOK L, LAM T W L, LI H X, et al. A meta-analysis of methodologies adopted by microplastic studies in China[J]. Science of the Total Environment, 2020, 718: 135371. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2019.135371.
[11] PIVOKONSKY M, CERMAKOVA L, NOVOTNA K, et al. Occurrence of microplastics in raw and treated drinking water [J]. Science of the Total Environment, 2018,643:1644-1651. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2018.08.102.
[12] HSIEH L, HE L, ZHANG M Y, et al. Addition of biochar as thin preamble layer into sand filtration columns could improve the microplastics removal from water[J]. Water Research, 2022, 221: 118783. DOI: 10.1016/j.watres.2022.118783.
[13] WANG Z F, LIN T, CHEN W. Occurrence and removal of microplastics in an advanced drinking water treatment plant (ADWTP)[J]. Science of the Total Environment, 2020,700: 134520. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2019.134520.
[14] CHEN Z J, FANG J, WEI W, et al. Emerging adsorbents for micro/nanoplastics removal from contaminated water: Advances and perspectives[J]. Journal of Cleaner Production, 2022, 371: 133676. DOI: 10.1016/j.jclepro.2022.133676.
[15] TIWARI E, SINGH N, KHANDELWAL N, et al. Application of Zn/Al layered double hydroxides for the removal of nano-scale plastic debris from aqueous systems[J]. Journal of Hazardous Materials, 2020, 397: 122769. DOI: 10.1016/j. jhazmat. 2020.122769.
[16] SUN C Z, WANG Z G, CHEN L Y, et al. Fabrication of robust and compressive chitin and graphene oxide sponges for removal of microplastics with different functional groups[J]. Chemical Engineering Journal, 2020, 393: 124796. DOI: 10.1016/j. cej.2020.124796
[17] 姜伟楠, 隋倩, 吕树光.利用Fe3O4纳米颗粒磁分离去除水 中小粒径微塑料[J]. 中国环境科学, 2021, 41(8): 3601 3606.
[18] PASANEN F, FULLER R O, MAYA F. Fast and simultaneous removal of microplastics and plastic-derived endocrine disruptors using a magnetic ZIF-8 nanocomposite [ J]. Chemical Engineering Journal, 2022, 455: 140405. DOI: 10.1016/j. cej.2022.140405.
[19] AUTA H S, EMENIKE C U, JAYANTHI B, et al. Growth kinetics and biodeterioration of polypropylene microplastics by Bacillus sp. and Rhodococcus sp. isolated from mangrove sediment[J]. Marine Pollution Bulletin, 2018, 127: 15-21. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2017.11.036.
[20] PENG B Y, XU Y Z, SUN Y, et al. Biodegradation of polyethylene (PE) microplastics by mealworm larvae: Physiological responses, oxidative stress, and residual plastic particles[J]. Journal of Cleaner Production, 2023, 402: 136831. DOI: 10.1016/j.jclepro.2023.136831.
[21] 杨婧婧,徐笠,陆安祥,等.环境中微(纳米)塑料的来源及毒理学研究进展[J].环境化学,2018,37(03):383-396.
[22] [9]BHATTACHARYA P，LIN S J，TURNER J P，et al． Physical adsorption of charged plastic nanoparticles affects algal photosynthesis［J］． The Journal of Physical Chemistry C，2010，114( 39) : 16556-16561．
[23] ［10］ DELLA TORRE C，BERGAMI E，SALVATI A，et al． Accumulation and embryotoxicity of polystyrene nanoparticles at early stage of development of sea urchin embryos paracentrotus lividus［J］． Environmental Science ＆ Technology，2014，48( 20) :
12302-12311．
[24] ［11］ WARD J E，KACH D J． Marine aggregates facilitate ingestion of nanoparticles by suspension-feeding bivalves［J］． Marine Environmental Research，2009，68( 3) : 137-142．
[25] ［12］ WEGNER A，BESSELING E，FOEKEMA E M，et al． Effects of nanopolystyrene on the feeding behavior of the blue mussel ( Mytilus edulis L．) ［J］． Environmental Toxicology and Chemistry，2012，33( 11) : 2490-2497．
[26] 罗先熔,康明,欧阳菲,文美兰,侯宝宏.地电化学成晕机制、方法技术及找矿研究.北京:地质出版社,2007
