当暴露在光线下时纳米塑料意外地产生活性氧化物

塑料在我们的社会中无处不在，存在于包装和瓶子中，占垃圾填埋场固体废物的 18% 以上。这些塑料中的许多也会进入海洋，在那里它们需要长达数百年的时间才能分解成可能危害野生动物和水生生态系统的碎片。

由圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院能源、环境与化学工程教授Young-Shin Jun领导的一组研究人员分析了光如何分解聚苯乙烯，聚苯乙烯是一种不可生物降解的塑料，用于包装花生，DVD制作盒子和一次性餐具。此外，他们发现纳米塑料颗粒可以在环境系统中发挥积极作用。特别是，当暴露在光线下时，源自聚苯乙烯的纳米塑料出人意料地促进了含水锰离子的氧化和氧化锰固体的形成，这会影响自然和工程水系统中有机污染物的归宿和运输。

该研究于 2022 年 12 月 27 日发表在 ACS Nano 上，展示了纳米塑料通过光吸收发生的光化学反应如何在纳米塑料表面产生过氧自由基和超氧自由基，并引发锰氧化成氧化锰固体。

“随着越来越多的塑料碎片在自然环境中积累，人们越来越担心其不利影响，”环境纳米化学实验室负责人 Jun 说。“然而，在大多数情况下，我们一直关注纳米塑料物理存在的作用，而不是它们作为反应物的积极作用。我们发现这种小塑料颗粒更容易与邻近物质相互作用，例如重金属和有机污染物，并且比我们之前想象的更具反应性。”

Jun 和她以前的学生 Zhenwei Gao 于 2022 年在 WashU 获得了环境工程博士学位，现在是芝加哥大学的博士后学者，他们通过实验证明聚苯乙烯纳米塑料上的不同表面官能团通过影响锰的氧化速率来影响锰的氧化速率。产生高活性自由基、过氧自由基和超氧自由基。纳米塑料产生的这些活性氧会危害海洋生物和人类健康，并可能通过氧化还原反应影响纳米塑料在环境中的流动性，进而可能对其环境修复产生负面影响。

该团队还使用 30 纳米、100 纳米和 500 纳米颗粒研究了聚苯乙烯纳米塑料对锰氧化的尺寸效应。与较小的颗粒相比，两个较大尺寸的纳米颗粒氧化锰所需的时间更长。最终，纳米塑料将被新形成的氧化锰纤维包围，这可以使它们容易聚集并改变它们的反应性和运输。

“由于聚苯乙烯纳米塑料的表面积较大，因此粒径较小的聚苯乙烯纳米塑料可能更容易分解和释放有机物，”Jun 说。“这种溶解的有机物可能会在光照下迅速产生活性氧并促进锰的氧化。”

“这项实验工作还提供了有关锰氧化物固体在此类有机基质上的异相成核和生长的有用见解，这有利于我们了解环境中锰氧化物的存在和工程材料的合成，”Jun 说。“这些锰固体是氧化还原活性物质和重金属的极佳清除剂，进一步影响地球化学元素的氧化还原循环、碳矿化和自然界的生物代谢。”

Jun 的团队计划研究可以释放纳米塑料和活性氧化物的多种常见塑料来源的分解，并研究它们在未来过渡金属和重金属离子氧化中的积极作用。

这项研究的部分资金由国家科学基金会 (CHE-1905077) 和圣路易斯华盛顿大学麦克唐纳国际学者学院提供。

位于圣路易斯的华盛顿大学麦凯维工程学院提倡独立探究和教育，强调科学卓越、创新和无边界协作。McKelvey Engineering 拥有一流的跨部门研究和研究生课程，特别是在生物医学工程、环境工程和计算方面，并且拥有该国最具选择性的本科课程之一。我们拥有 165 名全职教职员工、1,420 名本科生、1,614 名研究生和 21,000 名在世校友，我们正在努力解决社会面临的一些最大挑战;培养学生成为领导者并在整个职业生涯中进行创新;并成为圣路易斯地区及其他地区经济发展的催化剂。