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科研动态 | 一次性口罩的生态风险——作为金属离子的潜在媒介及其作用机制

发布时间:2022-03-08

实验室严重玲教授团队对于一次性口罩(DFMs)在环境中的潜在角色及其对生态的危害研究方面再次取得新进展,相关成果以Uncovering the disposable face masks as vectors of metal ions (Pb(Ⅱ), Cd(Ⅱ), Sr(Ⅱ)) during the COVID-19 pandemic 为题,在线发表在Chemical Engineering Journal上。该研究进一步揭示了DFMs在环境中作为金属离子传递媒介的潜在作用机制,为深入研究DFMs对生态系统的复杂影响奠定基础,为揭示其生态风险、倡导制定有效降DFMs潜在威胁的公共策略与技术手段、形成和完善关于DFMs管理的法规框架提供一定的科学理论依据。

图形摘要


研究背景

高分子材料制成的DFMs是防护新冠病毒的最佳物理手段,在疫情防控中展现出无可替代的作用,成为廉价而重要的个人防护用品。DFMs保护了我们,却严重污染了环境。DFMs用量的猛增给环境带来巨大的压力,它的潜在环境作用及其对生态的影响被严重低估。受制于有限的科学数据,目前科学管控和治理DFMs污染仍缺乏深刻的科学指标。DFMs的使用量激增和管理依据的客观性缺失对环境安全造成潜在威胁,亟需系统性、全周期、多方位的深入研究以评估其生态风险。


研究成果

针对以上亟待解决的科学问题,严重玲教授团队率先利用DFMs在环境中的老化过程,通过紫外老化实验结合间歇性吸附实验发现:

(1)DFMs可以吸附大量铅(Ⅱ)、镉(Ⅱ)和锶(Ⅱ)离子,DFMs与金属的吸附亲和力与金属的电负性有关;

(2)光致老化导致助于促进更多的金属离子吸附在老化的DFMs上,这主要是由于老化过程中的DFMs表面引入的羧基基团(-COOH),从而增强了DMF对金属的吸附能力,该机制也符合计算化学模拟结果;

(3)原始的DFMs主要通过静电作用与三种金属离子相互作用,而静电作用和表面复合作用共同调节三种金属离子在老化的DFMs上的吸附;

(4)包括盐度和pH值在吸附过程中发挥了关键作用,在较高的pH值和较低盐度下,原始和老化的DFMs都具有更大的金属吸附潜力。


DFMs的XPS全谱图(a)、C1s谱图(b)、O1s谱图(c);DFMs在UV辐射下的老化机制(d)


PET(n=3)的几何优化构型(a)和PP(n=3)的最稳定结构(b)的表面静电势图基于B3LYP/def2-TZVP水平上;最稳定结构中的含-COOH基团的PP(n=3)与Pb2+ (c)、Cd2+ (d)、Sr2+ (e)等阳离子配合物之间的优化配合物


研究团队

实验室洪华龙助理教授、严重玲教授为该文章的共同通讯作者,环境与生态学院博士研究生林陆健为该文章的第一作者。该研究获得科技部重大研究计划国家重点研发计划重点专项项目(2018YFC1406600)和国家自然科学基金(31870483、31530008)资助与支持。

全文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722011159?via%3Dihub


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