微塑料0513丨廣西大學資源環境與能源材料團隊 JHM：不同環境介質中口罩微塑料的老化特征：對污染物吸附及跨介質遷移潛能的影響

近日，廣西大學資源環境與能源材料團隊在國際一區top期刊Journal of Hazardous Materials上發表了題為“Aging of mask microplastics in distinct environmental media: Impacts on pollutants adsorption and cross-media migration propensity”的研究論文。本研究系統比較了M-MPs在受控紫外線照射、垃圾滲濾液、室外懸掛、池塘水和土壤等不同老化途徑下的特性，并評估了它們的吸附行為。研究表明，環境因素對口罩微塑料的老化及污染物吸附起著關鍵調控作用，為廢棄口罩的環境風險評估和管理提供了科學依據。

第一作者：汪家東 楊璐菱

通訊作者：唐艷葵 張寒冰

通訊單位：廣西大學資源環境與材料學院

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2026.142307

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一次性醫用口罩的廣泛使用導致大量口罩微塑料（M-MPs）釋放到環境中。M-MPs不僅直接構成風險，還會吸附污染物而成為污染物載體，并通過食物鏈傳遞加劇生態系統中污染物的富集。然而，不同老化途徑對M-MPs的老化程度及其作為污染物載體的潛在影響尚不明確。本研究系統比較了M-MPs在受控紫外線照射、垃圾滲濾液、室外懸掛、池塘水和土壤等不同老化途徑下的特性，并評估了它們的吸附行為。主要發現如下：(1) 垃圾滲濾液導致的老化最為嚴重（120天后羰基指數CI為1.75），其老化強度是室外懸掛的3倍；(2) 受控紫外線照射引發的老化速率最快，20天內CI即達到0.55；(3) 經池塘水老化的微塑料（P-MPs）對Cd(II)的吸附容量為2.11 mg·g?1，比原始口罩微塑料（M-MPs）提高了10.55倍，但其對2,4-二甲氨基甲苯（2,4-DMA）的吸附容量（0.14 mg·g?1）遠低于經紫外線老化的微塑料（UV-MPs，0.55 mg·g?1）；(4) 吸附差異源于UV-MPs上的羰基通過親核相互作用增強了2,4-DMA的攝取，而P-MPs表面的生物膜提高了親水性，促進了Cd(II)的吸附。這些發現表明，環境因素對口罩微塑料的老化及污染物吸附起著關鍵調控作用，為廢棄口罩的環境風險評估和管理提供了科學依據。

作為疾病預防的關鍵公共衛生消耗品，一次性外科口罩被廣泛使用并大量廢棄，對環境造成了顯著影響。這類口罩主要由聚丙烯（PP）纖維構成，在環境應力作用下發生破碎和降解，釋放出大量微塑料（M-MPs）。研究表明，一只口罩經紫外降解后可釋放超過150萬個微塑料纖維（≤5 μm），因此，一次性外科口罩是環境微塑料污染的重要來源，亟需引起重視。

進入環境后，M-MPs可借助降雨、風力和人類活動等過程在土壤、水體和空氣中廣泛擴散。由于其較大的比表面積，M-MPs容易吸附有機污染物，并促進這些污染物沿土壤-植物系統和水生食物網遷移，帶來潛在的生態與健康風險。深入理解M-MPs的老化動態至關重要，因為老化會深刻改變其理化特性、環境持久性、遷移行為以及對污染物的吸附特征。目前的研究主要集中在實驗室模擬老化（如受控紫外照射和臭氧暴露），并已取得了許多有價值的認識。

然而，針對M-MPs在池塘水、垃圾滲濾液、土壤和室外懸掛等真實環境中老化的研究仍較為有限。不同的環境條件會驅動M-MPs老化過程與速率的差異，顯著改變其官能團、結晶度、疏水性和破碎傾向等理化性質。這些變化深刻影響著M-MPs在環境中的行為，尤其是其吸附性能及與共存污染物的相互作用。盡管越來越多的研究者已認識到上述問題并開展了基于真實環境情景的研究，但這些工作大多聚焦于單一因素，尚未系統性地探究和比較多種自然環境與實驗室條件下M-MPs的老化效應。這導致目前對M-MPs老化機制的認識仍不充分，難以準確反映它們在真實復雜環境中的遷移轉化規律與環境風險。

為彌補上述不足，本研究系統比較了在受控紫外照射、垃圾滲濾液、室外懸掛、池塘水和土壤等不同條件下M-MPs的老化情況，并考察了老化后M-MPs對其他污染物吸附與遷移行為的影響，具體包括：（1）定量表征紫外老化微塑料（UV-MPs）和池塘水老化微塑料（P-MPs）對典型重金屬Cd(II)與有害有機污染物2,4-二甲基苯胺（2,4-DMA）的共吸附特征；（2）闡明Cd(II)和2,4-DMA在UV-MPs與P-MPs上的吸附機制；（3）評估它們在水力驅動下于多孔介質中的縱向傳輸。本研究揭示了不同環境條件如何塑造M-MPs的老化及相關風險，從而加深了對其環境歸趨的理解。

圖1(a) M-MPs的來源與途徑；(b) 紫外老化M-MPs (UV-MPs)的表面形貌；(c) 池塘水老化M-MPs (P-MPs)；(d) 垃圾滲濾液老化M-MPs (L-MPs)；(e) 室外懸掛老化M-MPs (N-MPs)。

自然環境暴露會加速口罩微塑料（M-MPs）的老化，使其內部結構與表面形貌發生明顯改變。在可控紫外照射下，光化學降解與熱效應破壞了熔噴纖維網絡；經池塘水或垃圾滲濾液浸泡后，微生物附著形成的生物膜拉扯并撕裂纖維；而在自然懸掛環境中，紫外線、降雨和風力等共同作用引發微塑料破碎，這些形態結構變化表明M-MPs在不同條件下經歷了程度各異的老化進程。

圖2(a) 紫外老化口罩微塑料（UV-MPs）的羰基指數（CI）；(b) 自然室外懸掛老化口罩微塑料（N-MPs）的羰基指數（CI）；(c) 垃圾滲濾液老化口罩微塑料（L-MPs）的羰基指數（CI）；(d) 口罩微塑料表面的生物膜形成情況；池塘暴露90天后口罩負載生物膜樣品中微生物群落相對豐度的16S rDNA測序結果(e)和18S rDNA測序結果(f)。

羰基指數分析表明，紫外輻照在短期內引發最快的化學老化，而垃圾滲濾液浸泡則導致最顯著的長期氧化效應；CI的持續升高與結晶度的降低呈負相關，共同反映出不同環境對M?MPs物理化學性質的深刻改造。

圖3(a–b) UV-MPs老化時間FTIR光譜的同步和異步2D COS圖；(c–d) N-MPs的同步和異步2D COS圖。

基于二維相關光譜（2D-COS）對官能團演變順序的解析，紫外老化和戶外懸掛老化呈現出截然不同的降解路徑。紫外老化屬于光化學氧化主導，官能團變化順序大致為 C–H 先發生改變，隨后依次出現 C=O 和 C–O，表明是一個先脫氫再快速氧化的過程。而戶外懸掛老化則起始于 C–C 骨架的優先斷裂，之后才依次涉及不同類型 C–H 的變動和部分氧化，反映出一種結構損傷驅動的降解機制。正是這種演變順序的差異，塑造了老化微塑料表面截然不同的吸附位點特征。紫外老化早期大量生成的羰基（C=O）能有效絡合 Cd(II)，并通過氫鍵或 n-π 作用與 2,4-DMA 結合，形成高親和力吸附中心，顯著提升了對兩類污染物的吸附能力。戶外老化因羰基生成相對次要，此類特異性吸附位點密度較低，因而表現出明顯不同的吸附親和力。

圖4(a) M-MPs對Cd2?的吸附隨時間變化曲線；(b) M-MPs對2,4-DMA的吸附隨時間變化曲線；(c) 不同投加量下M-MPs對Cd2?的平衡吸附量；(d) 不同溫度下P-MPs對Cd2?吸附的影響；(e) pH值對UV-MPs和P-MPs吸附Cd2?的影響；(f) 不同溫度下UV-MPs對2,4-DMA吸附的影響；(g) 不同投加量下UV-MPs對2,4-DMA的吸附容量；(h) pH值對UV-MPs吸附2,4-DMA的影響。

生物膜負載的P-MPs對Cd(II)吸附能力最強，紫外老化的UV-MPs則顯著提升了對2,4-DMA的吸附，表明生物膜定殖和光化學老化分別驅動了對重金屬和有機污染物的差異親和性；增加微塑料用量降低吸附容量，溫度和pH對兩類老化MPs吸附性能的影響也截然不同。

圖5(a-b) Cd2?吸附動力學擬合：(a) 準一級模型，(b) 準二級模型；(c-d) 2,4?DMA吸附動力學擬合：(c) 準一級模型，(d) 準二級模型；(e-f) Cd2?的Freundlich與Langmuir等溫線擬合；(g-h) UV?MPs在石英砂柱中的吸附遷移：(g) 底部向上遷移，(h) 頂部向下遷移。

吸附機制上，Cd(II)在UV-MPs和P-MPs上的吸附均符合準二級動力學和Freundlich模型，2,4-DMA雖符合準二級動力學卻因表面異質性和顆粒團聚不符等溫線模型；遷移方面，砂柱實驗表明增大流速顯著促進UV-MPs沿水流方向的縱向遷移，且向下遷移效率遠高于向上遷移。

圖6(a) UV-MPs、2,4-DMA和Cd(II)的分子靜電勢圖；(b) UV-MPs和2,4-DMA的HOMO與LUMO圖；(c) Cd(II)與2,4-DMA之間的吸附能及形成的氫鍵；(d) UV-MPs的吸附機理圖。

高斯模擬與吸附能計算表明，光老化UV?MPs表面的羰基氧構成親核位點，通過HOMO?LUMO電子轉移驅動及氫鍵補充作用，可自發、穩定地吸附Cd(II)和2,4?DMA，吸附能分別為?4.51和?8.22 kcal/mol。

本研究揭示了口罩微塑料（M-MPs）在不同環境介質中的差異性老化行為及其潛在風險。主要發現如下：（1）垃圾滲濾液引發的化學老化最為嚴重，120天后羰基指數（CI）高達1.75，是室外懸掛老化的3倍；（2）受控紫外照射下老化進程最快，僅20天CI即達到0.55；（3）老化顯著增強了M-MPs的污染物吸附能力——池塘水老化M-MPs（P-MPs）對Cd(II)的吸附容量為2.11 mg·g?1，是原始M-MPs的10.55倍，而紫外老化M-MPs（UV-MPs）對2,4-DMA的吸附容量達0.55 mg·g?1；（4）吸附差異源自不同機制：UV-MPs上的羰基通過親核相互作用增強了對有機污染物的吸附，而P-MPs表面的生物膜則提高了親水性，從而促進了重金屬的吸附。此外，水動力條件可顯著促進紫外老化M-MPs在模型多孔介質中的垂向遷移，這為其遷移行為提供了初步認知。綜上，老化途徑是決定M-MPs環境行為與復合污染風險的關鍵因素，可為填埋場和水生環境等高暴露場景的風險精準管控提供科學依據。

Jiadong Wang, Luling Yang, Yifang Ao, Yuxin Yang, Yuping Wu, Yankui Tang, Jing Li, Hanbing Zhang, Aging of mask microplastics in distinct environmental media: Impacts on pollutants adsorption and cross-media migration propensity, Journal of Hazardous Materials, 2026, 142307, ISSN 0304-3894, https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2026.142307

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撰稿：汪家東

編輯：環境與能源功能材料

審核：張寒冰

第一作者：汪家東，廣西大學2024級碩士研究生，環境工程專業，在張寒冰教授的指導下進行研究。目前主要研究領域為微塑料的環境行為與風險評價、壓電/光催化材料制備與環境應用。以第一作者在Journal of Hazardous Materials刊物發表論文1篇，參與發表論文3篇。

第一作者：楊璐菱，廣西大學2020級碩士研究生，環境工程專業，在唐艷葵教授的指導下進行研究，主要研究領域為微塑料。以第一作者在Journal of Hazardous Materials刊物發表論文1篇、Process Safety and Environmental Protection刊物發表論文1篇，參與發表論文1篇。

通訊作者：唐艷葵教授，廣西大學資源環境與材料學院教授、博士生導師，研究方向為水污染控制、環境修復及環境友好材料開發。曾在桂林市環境保護局從事污染控制工作，2012年9月至2013年9月作為訪問學者赴美國普度大學開展學術交流。主持國家自然科學基金項目《礦區本土錳超富集水（濕）生植物全生命周期對重金屬持納的機理、調控方法及在污染消除中的應用》等科研課題，參與國家社會科學基金西部項目（No.15XKS018）及廣西自然基金項目。發表SCI論文15篇（含JCR一區4篇），擔任《Journal of Hazardous Materials》期刊審稿人。主講《環境科學與工程導論》國家級雙語示范課程，2009、2010、2014、2015年四次獲廣西大學“我心目中的好老師”稱號，2017年獲廣西教學成果優秀獎一等獎。

通訊作者：張寒冰教授，廣西大學資源環境與材料學院教授，Email：coldicezhang0771@163.com。主要從事環境友好型吸附、光催化、光熱催化和氣凝膠材料的設計研發，及其在環境催化、油水快速分離等方面的應用。以第一/通訊在Chemical Engineering Journal、Journal of Hazardous Materials、Journal of Colloid and Interface Science、Separation and Purification Technology、Desalination、Journal of Environmental Chemical Engineering、Applied Clay Science等國際知名期刊上發表代表性論文40余篇。獲得廣西自治區E層次高層次人才，南寧市C類高層次人才稱號。同時主持國家自然科學基金項目、廣西重點研發計劃項目、廣西省自然科學基金項目多項，以項目骨干身份參與多項國家自然科學基金面上項目的申報及結題。獲廣西自然科學獎二等獎榮譽1項。

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