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微塑料污染已经成为环境与生态领域的重要科学问题。微塑料一旦进入地下环境,可能会吸附重金属等污染物,改变其迁移和归趋。因此,微塑料在地下环境中的迁移成为亟需关注的环境问题。Pb(Ⅱ)是环境中普遍存在的一种潜在有毒元素,对生态和人体健康构成严重威胁。微塑料通常具有较强疏水性,不易在含水介质中迁移或与金属离子反应。表面活性剂是包含疏水和亲水端的两性化合物,表面活性剂分子的疏水链容易与微塑料的疏水表面结合,改善微塑料亲水性,这不但影响微塑料对重金属Pb(Ⅱ)的亲和性,也加剧微塑料在地下介质中的迁移扩散。目前,表面活性剂分子对微塑料迁移及其与重金属Pb(Ⅱ)共迁移的影响机制仍不清晰,迫切需要开展相关研究。本研究通过石英砂填充柱试验开展表面活性剂存在下不同因素(离子强度、p H、流速、多价阳离子、表面活性剂浓度、表面活性剂种类和微塑料种类)对微塑料在多孔介质中迁移影响的研究,明确了微塑料在不同理化条件下的迁移行为;测定表面活性剂溶液在微塑料表面的动态接触角,并根据Young-Dupre方程计算表面活性剂在微塑料表面的粘附功,明晰了表面活性剂作用下微塑料滞留的潜在机制,并进一步揭示了阴离子、阳离子和非离子类型表面活性剂影响微塑料在介质中迁移的共同主导因素;通过批次吸附和柱试验探究了微塑料在表面活性剂作用下对Pb(Ⅱ)的吸附解吸及微塑料与Pb(Ⅱ)在多孔介质中的共迁移行为,揭示了微塑料与Pb(Ⅱ)在表面活性剂作用下的吸附机理,阐明了不同微塑料与Pb(Ⅱ)在介质中的交互作用。研究结果将明确微塑料在表面活性剂影响下的迁移扩散风险,对预防和减轻微塑料的环境危害具有重要意义。研究结论如下:(1)在表面活性剂存在下,聚乙烯(PE)微塑料的迁移率随着离子强度、阳离子价态的降低以及流速的升高而增加。当表面活性剂浓度小于临界胶束浓度时,PE微塑料的迁移能力随着表面活性剂浓度的增加而增加。PE在阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)下的移动性远大于阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)。因为石英砂可以通过静电引力吸附更多的CTAB分子,从而减少微塑料与石英砂之间的碰撞。通过增加渗透势能、弹性势能和疏水作用计算的XDLVO相互作用能可以很好地解释这一现象。(2)相同浓度表面活性剂下,不同微塑料的迁移能力依次为聚四氟乙烯(PTFE)<聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)<聚苯乙烯(PS)<PE<聚丙烯(PP),主要是因为表面活性剂在微塑料表面的粘附功不同,其本质反映了表面活性剂分子从微塑料表面脱离的能力。当微塑料相互靠近时,如果静电作用的反作用力大于表面活性剂分子在微塑料表面的粘附功,则表面活性剂分子从微塑料表面中脱离出来,降低微塑料的稳定性。表面活性剂在微塑料表面的粘附功愈大,微塑料的稳定性愈高,其在多孔介质中的迁移越强。此外,不同微塑料在阴离子表面活性剂中的迁移能力弱于阳离子表面活性剂,因为SDBS产生的渗透势能和弹性势能弱于CTAB。(3)阳离子、阴离子和非离子表面活性剂对PE迁移的促进程度由大到小依次分别为苄基十二烷基二甲基溴化铵>聚季铵盐-28>CTAB>苄基三乙基溴化铵>四乙基溴化铵、十二烷基硫酸钠>十二烷基二苯醚二磺酸钠>十二烷基磺酸钠>月桂酸钠>SDBS、聚乙二醇单硬脂酸酯>吐温-40>吐温-80>曲拉通-100>壬基酚聚氧乙烯醚-40。表面活性剂对PE微塑料迁移的促进效果也可归因于表面活性剂分子在微塑料表面的粘附功。表面活性剂的分子结构上的差异使得表面活性剂分子在微塑料表面的吸附面积表现不同。表面活性剂分子碳链长且无杂链,则在固体表面的吸附面积小,粘附功大,最终使得微塑料的迁移性强。然而,当粘附功相同时,PE微塑料在阴或非离子表面活性剂下的迁移能力弱于阳离子表面活性剂,因为此时微塑料与石英砂之间的渗透势能和弹性势能将起主导作用。(4)表面活性剂存在下,PE和PP微塑料对Pb(Ⅱ)的吸附能力为PP-SDBS>PE-SDBS>PP-CTAB>PE-CTAB。表面活性剂的应用通过促进Pb(Ⅱ)进入裂隙,提高PE和PP微塑料对Pb(Ⅱ)的吸附能力,其中PP和PE微塑料对Pb(Ⅱ)的吸附能力分别提高了8.04倍和7.35倍。FTIR和XPS结果表明在表面活性剂存在或不存在的情况下,微塑料对Pb(Ⅱ)的吸附均是一个物理吸附过程。此外,XPS刻蚀结果显示表面活性剂存在下Pb(Ⅱ)、S和N含量不随刻蚀深度的增加而降低,而在无表面活性剂下Pb(Ⅱ)含量随着刻蚀深度的增加而降低,表明微塑料中的裂隙结构是Pb(Ⅱ)吸附的主要位点,表面活性剂加速了Pb(Ⅱ)在微塑料裂隙结构中的扩散。(5)微塑料与Pb(Ⅱ)共迁移时,与单独微塑料迁移相比,微塑料的迁移能力没有变化。相比于单独Pb(Ⅱ)在多孔介质中的迁移,在CTAB存在下,PTFE、PMMA、PS、PE和PP均提高了Pb(Ⅱ)的迁移性,Pb(Ⅱ)的回收率从86%提升至97.55%、95.11%、92.95%、90.12%和87.55%;在SDBS存在下,PS、PE和PP抑制了Pb(Ⅱ)的迁移性,其回收率从79%分别降低至61.75%、57.53%和70.96%,但PTFE和PMMA略有促进Pb(Ⅱ)的迁移,回收率分别升高至83.27%和81.36%。对Pb(Ⅱ)是促进还是抑制主要是两个方面的原因:一是微塑料对Pb(Ⅱ)吸附速度,吸附速度决定了Pb(Ⅱ)与微塑料的迁移趋势是否一致;二是微塑料自身的稳定性,微塑料与Pb(Ⅱ)在柱中吸附反应不如振荡箱中剧烈,是一个较为缓慢平和的过程。