可生物降解塑料袋膜在土壤中降解的納米尺度特征

周 倩,張 峻,孟 竺,馬紹峰,陳建騰,祝鵬烽,張道勇,潘響亮

(浙江工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院/ 浙江省工業(yè)污染微生物控制技術(shù)重點實驗室,浙江 杭州 310014)

微塑料作為新污染物,普遍存在于土壤、水體和大氣等不同環(huán)境介質(zhì)中,給生物體乃至人體帶來不可忽視的健康風(fēng)險[1-3]。目前,土壤傳統(tǒng)微塑料,如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS),因豐度高、類型多,易影響農(nóng)作物產(chǎn)品安全,已受到全球重點關(guān)注[4-5]。據(jù)估計,陸地區(qū)域微塑料污染豐度比海洋高4～23倍[6]。土壤中微塑料的來源復(fù)雜,主要包括污水灌溉[7]、污泥和有機肥施用[8]、覆膜老化殘留[9]、地表徑流[10]以及大氣沉降[11]等。有研究顯示,在微塑料污染程度較高的設(shè)施農(nóng)田土壤中,微塑料豐度可高達(dá)42 960個·kg-1[12]。

為解決傳統(tǒng)塑料污染問題,可生物降解塑料(BDP)逐漸應(yīng)用到日常生產(chǎn)與生活中,其中,聚乳酸(PLA)和聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯(PBAT)是目前市場應(yīng)用最廣泛的兩種可生物降解材料。PLA由于具有良好的物理力學(xué)性能,可通過吹塑、模壓和擠出等成型工藝單獨或與天然植物纖維復(fù)合制備,廣泛用作包裝和農(nóng)田覆膜等材料[13-14]。因此,PLA或PLA基復(fù)合材料已經(jīng)成為生物可降解高分子樹脂及其復(fù)合材料的開發(fā)及利用研究的熱點[15]。然而,有研究報道,與傳統(tǒng)塑料相比,BDP在老化過程中可能會產(chǎn)生更多的微塑料[16-18]。例如,1 cm×1 cm尺寸PLA塑料膜老化112 d時能向1 mL水體釋放61 750個微/納塑料顆粒(2～60 μm),顯著高于PP(46 270個)和PE(39 619個)等傳統(tǒng)塑料[16]。BDP在自然環(huán)境中被完全降解為二氧化碳和水的過程極其緩慢,有研究顯示,PLA塑料樣品在自然土壤中老化12個月后,質(zhì)量損失率僅為0.23%[19]。……