双亲性磁性材料高效去除水中微纳塑料

视觉中国供图 ◎本报记者 刘 昊

从河流到湖泊，从大江到海洋，有着“白色污染”之称的塑料垃圾，对人们的生活环境造成了严重污染。而微纳尺度的塑料作为一种新兴污染物，更是对环境和人体健康具有潜在危害。

面对这些潜在威胁，开发高效去除水环境中微纳塑料的技术迫在眉睫。日前，广西科学院生态环境研究所环境新型污染物综合治理与生态修复创新团队李婉赫研究实习员、黄慨研究员、王俊教授等开发了一种新型磁性材料，可对水环境中的微纳塑料进行快速去除，该项研究成果近日发表在国际期刊《整体环境科学》上。

新型磁性材料同时具有亲水和疏水特性

“微纳塑料在水环境中广泛分布已是不争的事实，它会对人类健康构成潜在威胁。” 王俊表示，由于微纳塑料体积小，很容易被水生生物吸收，最终进入食物链从而对人类产生危害。

“塑料颗粒纳米化后，其在水体中的分散作用更强，疏水性变弱，常规的吸附材料难以在水体中有效地吸附纳米级塑料颗粒。”黄慨表示，为此，团队设计并研制了一种同时具有亲水和疏水特性的双亲性磁性材料，该材料既能在水体自由分散又能寻找并吸附微纳塑料微粒，从而达到高效去除水中微纳塑料的效果，实现生态环境修复的目标。

李婉赫介绍，双亲性磁性材料是一种具有化学不对称性的磁性粒子，其表面具有两种或两种以上性质相反的化合物。这种不对称性赋予了粒子独特的特性，使材料同时具备亲水和疏水，极性和非极性等特点。

“团队开发的这种新型双亲性磁性材料，是以磁性微球为原料，通过皮克林乳液定向控制和磷酸基高分子定向表面修饰，得到的一种单侧花状结构的双亲性磁性粒子。这种粒子具有适宜的表面结构与特性，粒子亲水侧具有的亲水性有利于粒子在水环境中分散，充分与其他粒子接触，疏水侧则表现出较强的吸附带负电荷塑料粒子的能力。在磁场中，这种双亲性磁性材料能够实现微纳塑料的吸附，从而完成对水环境中微米级和纳米级塑料微粒的分离。”李婉赫说。

未来或能广泛应用于水环境治理

李婉赫表示，这种新型双亲性磁性材料对低浓度高度纳米化的微纳塑料具有更显著的吸附能力。目前从吸附动力学和热力学研究上看，它对聚苯乙烯（PS）微粒的吸附速率为每分钟0.759，每克能吸附2.72克聚苯乙烯微粒。而它对聚乙烯（PE）微粒的吸附速率为每分钟0.539，每克能吸附2.42克聚乙烯微粒。这些吸附能力数据比非双亲性吸附材料都要高，因此它在处理聚苯乙烯和聚乙烯两种微纳塑料方面具有更强的竞争优势。

作为团队的最新研究成果，该材料在许多领域具有实用价值。“它不仅可以应用于水环境中微纳塑料颗粒的吸附治理，未来也能应用于水环境中抗生素和其他永久性有机污染物的吸附治理，团队正在逐步对相关应用领域开展研究工作。”黄慨说。

黄慨表示，未来，团队将会设计强化吸附材料的亲水侧作用，同时完善双亲性磁性材料对不同目标物的吸附选择性与吸附能力，掌握更丰富的吸附数据，构建各类型塑料微粒的吸附数据库。同时团队还将与自来水厂合作，设计去除微纳塑料微粒的集成装置模块，为今后大规模工程化应用研究提供基础数据。