微塑料:生物效应、分析和降解方法综述

周丽; 姜志国; 于中振; 曲晋

doi:10.7536/PC211226

化学进展 ›› 2022, Vol. 34 ›› Issue (9) :1935-1946 DOI: 10.7536/PC211226

综述

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微塑料:生物效应、分析和降解方法综述

周丽 ¹ ,
姜志国 ²^,^* ,
于中振 ¹^,^* ,
曲晋 ¹^,^*

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Microplastics: A Review on Biological Effects, Analysis and Degradation Methods

Li Zhou ¹ ,
Abdelkrim Yasmine ² ,
Zhiguo Jiang ²^,^* ,
Zhongzhen Yu ¹^,^* ,
Jin Qu ¹^,^*

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摘要

微塑料(MPs)的出现引起了全球的广泛关注,它们遍布海洋和陆地的各个环境介质中,造成了严重的环境污染。微塑料通常被定义为粒径小于5 mm的塑料纤维、颗粒或者薄膜,可被生物吸收积累,产生生态风险和健康风险。实际上很多微塑料可达微米乃至纳米级别,肉眼是不可见的,因此也被形象地比作海洋中的“PM2.5”。作为目前学术界和社会各界争论的热点问题,本篇综述旨在系统地介绍环境中微塑料的来源与分布、生物效应以及分析鉴定方法,并重点介绍了微塑料污染的降解策略和研究成果,为今后微塑料降解方法的研究提供了参考。

Abstract

The emergence of microplastics (MPs) has aroused widespread concern around the world. They spread all over the ocean and land in various environmental media, causing serious environmental pollution. Microplastics are generally defined as plastic fibers, particles or films with a particle size of less than 5 mm, which can be absorbed and accumulated by organisms, causing ecological and health risks. In fact, many microplastics can reach the micron or even nanometer level and are invisible to the naked eye, so they are vividly compared to the “PM2.5” in the ocean. As a hot issue in the current academic and social circles, this review aims to systematically introduce the source and distribution, biological effects, analysis and identification methods of microplastics in the environment, and focus on the degradation strategies and research results of microplastics pollution, providing a reference for the future study of microplastics degradation.

Graphical abstract

关键词

微塑料 / 生物效应 / 分析方法 / 降解方法

Key words

microplastics / biological effect / analysis method / degradation method

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周丽, 姜志国, 于中振, 曲晋. 微塑料:生物效应、分析和降解方法综述[J]. 化学进展, 2022, 34(9): 1935-1946 DOI:10.7536/PC211226

Li Zhou, Abdelkrim Yasmine, Zhiguo Jiang, Zhongzhen Yu, Jin Qu. Microplastics: A Review on Biological Effects, Analysis and Degradation Methods[J]. Progress in Chemistry, 2022, 34(9): 1935-1946 DOI:10.7536/PC211226

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1 引言

塑料制品因其具有轻质、耐用、用途广、低成本等突出特点而得到广泛应用^[1]。在过去的半个世纪中,它们的使用量增加了20倍,并有望在未来20年内再翻一番^[2]。据报道, 2018年全球塑料年产量接近3.6亿吨,随着经济的快速发展,塑料制品的消耗逐年递增。然而其中只有6%~26%被回收利用,这意味着多达94%的废物最终被填埋或由于各种途径管理不善而被释放到环境中^[3]。微塑料通常被定义为粒径小于5 mm的塑料纤维、颗粒或者薄膜。据统计在全世界的空气^[4,5]、海洋^[6⇓⇓~9]、土壤^[10,11]、沉积物^[12⇓~14]和地表水^[15,16]中都检测到了微塑料。目前,小的塑料颗粒遍布陆地、海洋和淡水系统。从已有的报道得知,现有的废水处理工艺对微塑料具有很高的捕获率。微塑料主要在撇渣和沉降过程中去除^[17]。但是,超过90%的微塑料颗粒物集中在固体污泥相中,将污泥用作农业肥料往往具有经济优势,在欧洲和北美,大约50%的污泥被加工成农业用污泥。每年分别在欧洲和北美的农田中增加63 000~430 000和44 000~300 000吨微塑料。这个数量是十分惊人的,超过了全球海洋地表水目前估计的93 000~236 000吨微塑料的总累积负荷^[18,19]。

一般来说,微塑料可分为初级微塑料和次级微塑料两大类:初级微塑料是指在微尺寸范围内特意生产和使用的聚合物(如塑料微珠),主要用于医疗药品、洗面奶、牙膏等个人护理产品。此外,微塑料还可以用于石油和天然气勘探的钻井液以及工业磨料^[20]。次级微塑料则是由塑料垃圾经过光降解、生物降解、水解以及机械磨损等过程而产生的碎片^[21,22]。次级微塑料的来源包括渔网、汽车轮胎、纺织品纤维和其他废弃塑料碎片^[23]。当微塑料暴露在环境中时,经过一系列的物理化学^[24]和生物降解^[25]过程,微塑料极有可能转变为纳米塑料(尺寸小于100 nm的塑料颗粒)。而且由于纳米尺寸的性质,使它们能够通过渗透或破坏细胞壁进入细胞,这可能导致细胞毒性,进而造成更严重的环境危害^[26⇓~28]。

近年来,微塑料在全球范围内广泛存在。据报道在夏威夷群岛海滩^[29]、西北太平洋^[30]、葡萄牙海岸线^[31]、中国长江流域^[32],甚至在南极^[33]和北极^[34]的极地水域均发现了微塑料的存在。与此同时,在陆地土壤、地表水以及深海也同样发现了微塑料。一些报告显示,地表水中微塑料的浓度在10^-5~10⁵片/m³^[35,36],沉积物的浓度在40~400片/L^[37,38]。此外,这种分布具有明显的地理差异。影响这种分布的因素包括有风和地转环流驱动的洋流、湍流以及海洋效应等大尺度力^{[39⇓⇓~42]}。然而,微塑料的密度、形状和尺寸等固有属性才是影响其运输和分布的关键因素^[43]。

2 微塑料的生物效应

塑料被认为是持久性污染物。它性能稳定,在环境中能够长期存在。大多数塑料聚合物是不可生物降解的,即微生物降解。在塑料生产过程中会加入各种添加剂,可以起到稳定化、阻燃、改善力学性能、改善加工性能、改进表面性能以及改善外观质量的作用^[44]。它们可以是低分子或聚合物、无机或有机物质,包括润滑剂、增塑剂、抗氧剂和光稳定剂等。一些含有重金属的化合物常用于生产塑料添加剂。它们可以从塑料碎片中释放到水生环境中,并进一步进入食物链,导致生物体内毒素的积累(图2)。而且其中一些是对人体有害的内分泌干扰化合物,如邻苯二甲酸盐、双酚A(BPA)、多溴二苯醚(PBDE)和四溴双酚A(TBBPA)等^[45,46]。

除此之外,由于微塑料具有较大的比表面积和固有的疏水性,使它可以作为疏水性污染物的载体(图1)^[47]。诸如多氯联苯(PCBs)和二氯二苯三氯乙烷(DDT)等疏水性污染物会从周围的海水中以高达10⁶的浓缩系数吸附到微塑料颗粒中^[48,49]。多氯联苯具有致癌、引起生育缺陷并危害大脑发育的风险,DDT可导致不良的神经反应和免疫缺陷。这些污染物最初吸附在微塑料表面,当微塑料被摄入并堆积在人体内部,微塑料中的添加剂和表面吸附的化学物质会随颗粒进入机体,并通过脱附过程释放,对机体组织造成损害,最终对人体健康造成严重威胁。然而,一些研究人员对此存在争议,根据Beckingham等^[50]的研究,与其他自然暴露途径相比,在大多数情况下,饮食中的微塑料将有机污染物转移至水生生物的贡献很小。因此,除非微塑料丰度占主导地位,否则环境中的塑料碎片似乎不太可能对生物体消化吸收有机污染物起重要作用。

在水生环境中,由于滤食性微生物在摄食过程中会吸收微塑料,因此容易受到微塑料污染的影响。Sussarellu等^[52]研究了聚苯乙烯微塑料污染对牡蛎配子过程的能量吸收、分配以及生殖健康指数(即所生产配子的数量和质量)的影响。研究结果表明,牡蛎母体的繁殖力和后代生长均表现出强烈的负面影响。可能的原因有两个,即通过消化过程的干扰和内分泌干扰而使得分配给生殖的能量下降。在Cole等^[53]的研究中,发现聚苯乙烯微塑料阻碍了桡足类动物的进食和繁殖,随着时间的推移,这可能导致摄入的碳生物量持续下降,最终导致生存率降低。然而,关于微塑料对动物尤其是高等哺乳动物的风险数据仍然非常有限。因此,Jin等^[54]研究了聚苯乙烯微塑料对小鼠肠道屏障、微生物群和代谢的影响。结果表明,5 μm荧光聚苯乙烯微塑料可能存在于小鼠的肠道中,从而引起肠道微生物群失调,肠屏障功能障碍和代谢异常等问题。

除了自身的毒性效应,微塑料的存在还可以促进重金属的生物积累。Barboza等^[55]调查了微塑料和汞对欧洲海鲈的毒性作用。实验过程中,将幼鱼分别暴露于微塑料、汞以及两种物质的二元混合物中,进行短期(96 h)实验室生物测定。结果表明,微塑料影响了海鲈幼体对汞的生物积累,引起了幼鱼的神经毒性、氧化应激和损伤,造成了严重的生物危害。

为了进一步研究微塑料的毒性作用,Lei等^[56]以斑马鱼和线虫作为淡水中上层(即水柱)和底栖(即沉积物)环境中暴露于微塑料的模型生物,研究了五种常见的微塑料的毒性作用:聚酰胺(PA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)和聚苯乙烯(PS)颗粒。结果显示,微塑料的毒性取决于其尺寸,而不是组成,对生物体肠道损伤起关键作用。

由于微塑料和其负载的化学物质的生物积累和生物放大,间接地对食物链造成了严重的危害^[57⇓~59]。许多研究选用贻贝作为海洋微塑料污染的生物指标,这是因为贻贝分布广泛,生态位重要,易吸收微塑料,与海洋捕食者和人类健康密切相关^[60]。据报道,蓝色贻贝可以将微塑料颗粒摄入并运输到肠道,然后在消化腔和小管中积累^[61]。总地来说,微塑料的生物危害主要在于毒性物质的积累以及摄入塑料碎片后给消化系统造成的损伤^[62]。

除了摄取微塑料外,生物体被海洋中无处不在的塑料垃圾缠绕会导致物理创伤甚至窒息,这将对生物多样性和食物链构成巨大威胁^[63]。塑料消费的不断增长,加上它的持久性,导致人类接触微塑料的机会越来越多。多项研究表明,在贝类^[64]、紫菜^[65]等海产品以及日常生活中最常用的外卖盒^[66]中均发现了大量的微塑料。不仅如此,在人体胚胎^[67]和粪便^[68]中也发现了微塑料的存在,这就证实了微塑料可以通过食物经消化道进入人体(图2)。在高浓度条件下,微塑料可能会引起炎症性损伤。

然而,关于暴露于微塑料环境对人类健康影响的知识有限,这导致了高度的不确定性。随着这些合成材料在环境中高速增长,需要更多的研究来充分了解微塑料对人类健康的威胁,包括人类接触途径、发病机制和潜在影响等^[69]。

3 微塑料的分析方法

3.1 样品的采集

对于海面、水柱和沉积物中微塑料的采样方法一般可分为三种:直接挑选法、浓缩样本法和大样本法^[70]。直接挑选法取样是指从环境中直接提取肉眼可识别的微塑料,通常是在沉积物表面,尺寸范围大概是1~6 mm(直径)。但是,当微塑料与其他碎片混合或没有特征形状(即不规则、粗糙、有棱角)时,很有可能忽略它们,因此在现场直接取样时需要特别小心。

浓缩样本法是指在采样现场立即对大量样品进行过滤、筛分等提取操作,保留目标组分以便进一步分析的方法。对于沉积环境,可以直接在海滩上或船上筛分样品^[71];而对于海水样品,通常可以采用浮游生物网来获取浓缩样品。

大样本法是指在采样过程中不在现场分离组分而保留全部样品的方法。适用条件有以下三种:(1) 塑料颗粒被沉积物覆盖;(2) 丰度很小,需要对大量的沉积物/水进行分类/过滤;(3) 尺寸过小,不可肉眼识别。

3.2 样品处理

样品采集之后还需要对样品做进一步的后续处理,这是非常重要的。因为室外采集的样品包含了过多的有机和无机化合物杂质,会影响实验结果。在实验室处理样品时,一般可以分为四个主要步骤:密度分离、筛选和过滤、纯化以及目测分选。

3.2.1 密度分离

密度分离广泛用于从高密度的沙子、泥浆、沉积物和其他样品基质中分离出低密度的颗粒^[72]。塑料颗粒的比密度随着聚合物的类型和制造工艺而变化。密度值范围是0.8~1.4 g·cm^-3,通过将沉淀物样品与饱和溶液(通常是饱和盐溶液)混合并搅拌一定时间,利用二者间的密度差异可以实现塑料颗粒与沉淀物间的分离。混合后,沉淀物会迅速沉降到底部,而低密度颗粒仍保持悬浮状态或漂浮到溶液表面。随后,提取具有塑料颗粒的上清液以进行进一步处理。

饱和氯化钠溶液密度为1.2 kg/L,成本低,对人体无毒,是实现这一分离过程最常用的溶液^[73]。但对于密度为1.16~1.58 kg/L、1.41~1.61 kg/L的聚氯乙烯或聚甲醛等密度较大的微塑料,不能通过这种方法分离。除了饱和氯化钠溶液外还有其他的分离液,它们分别是1.4~1.5 kg/L的聚钨酸钠(SPT)溶液^[74,75]、1.3 kg/L的氯化钙(CaCl₂)溶液^[76]、1.6~1.7 kg/L的氯化锌(ZnCl₂)溶液^[35]、1.55 kg/L的溴化钠(NaBr)溶液^[77]和1.8 kg/L的碘化钠(NaI)溶液^[78,79]。实验过程中的选择依据主要是分离效率和材料成本。通过普通搅拌萃取,饱和NaCl溶液可获得80%~100%的微塑料(颗粒)。然而,缺点是小于1 mm的较小的塑料颗粒只能达到40%(质量)的分离程度^[43]。但当NaCl溶液中的流态化与NaI溶液中的浮选相结合,微塑料浮选回收率可高达91%~99%。具体操作如下,首先使用NaCl进行预萃取,然后使用NaI进行后续的微塑料浮选。这种方法的优势在于低成本、操作简单且环境友好^[78]。Imhof等^[80]研制的慕尼黑塑料泥沙分离器(MPSS),使用ZnCl₂溶液(1.6~1.7 kg/L)作为分离液,能够从沉积物样品中分离出大小不同的塑料颗粒(S-MPP,<1 mm)。另一项研究中,Fuller等^[81]通过加压流体萃取(PFE)来定量和识别各种环境中的微塑料。虽然该方法可以提取小至30 μm的塑料颗粒,却无法测量样品中微塑料的粒度。这个问题可以通过与筛子联用解决。先使用筛子将材料分离成不同的粒度,然后用PFE技术进行分离即可。

3.2.2 筛选和过滤

筛选和过滤是指通过细孔器具来截留微塑料。过滤操作十分简单,只需将含有塑料颗粒的溶液通过过滤器(通常在真空的辅助下),即可从密度分离得到的上清液中分离出塑料颗粒^[6,82]。滤纸的孔径一般为1~2 μm^[83]。在过滤前可以先用筛子筛选出尺寸较大的颗粒物和其他杂质。一般选择的筛孔尺寸为500 μm^[21]。

通常,使用不锈钢筛网或玻璃纤维过滤器代替塑料制品工具来最大程度地减少程序污染,每次筛分或过滤后都需要用水冲洗干净^[14]。使用不同筛孔尺寸的筛子可以从样品中分离出微塑料,并区分出尺寸类别。这种筛分方法的缺点包括容易堵塞筛孔,难以获得宽范围的粒度以及样品处理时间过长。为了最大程度地减少筛孔的堵塞,建议使用1 mm的中等粗细的筛子,其他研究直接采用细孔筛或过滤器来保留目标微塑料^[70]。

3.2.3 纯化

纯化过程一般可分为两大类,分别是化学消化和酶消化。通过纯化过程可以去除有机和无机化合物杂质。化学消化过程中,微塑料样品用不同的化学物质(酸或碱)进行处理,如10%~30%的过氧化氢(H₂O₂)溶液或过氧化氢与无机酸(如硫酸)的混合液^[84⇓~86]。Cole等^[87]研究了使用酸、碱和酶消化技术矿化海洋表面拖网生物材料的效果。结果表明,高温高压下强氧化性酸如硫酸、硝酸等会破坏具有低pH耐受性的聚合物(如聚酰胺、聚苯乙烯)。而常温低浓度非氧化性HCl在消化过程中,是不稳定和低效的,消化后过滤器上还残留着大量的物质。可行的替代方法是碱水解,使用强碱可以(如NaOH, KOH)使蛋白质变性并水解化合物。实验证明,在室温下使用1 mol/L NaOH可以有效地消化0.2 g干重(DW)海洋样品;而且通过适当增加碱溶液的浓度和实验温度,降解效率可以得到提升。另一种方法是酶消化,在消化过程中,通过将微塑料样品与蛋白酶、几丁质酶等混合,可以有效去除蛋白质、脂类等有机物。实验过程中通过增加所用蛋白酶-K的浓度,将活性温度提高到50℃并延长反应时间,消化效率提高到>97%。然而,酶消化的缺点在于分子生物酶的成本较高,不够经济, 因此该方法应该进一步优化。此外,根据Hurley等^[19]的报道可知,在复杂环境基质中有机物去除方面,芬顿试剂是一种有效、低成本、快速的处理方法。将其与密度分离相结合,可回收大部分微塑料。

3.2.4 目测分选

为了将塑料与其他材料,如有机碎片(贝壳碎片、动物器官、干藻类或海草等)或金属涂料、焦油、玻璃等分离开,必须仔细地进行目视分类。可以通过肉眼直接检查样品或借助解剖显微镜完成^[88,89]。采用光学显微镜观察是最常用的手段,但是这种方法极易产生偏差,错误率在20%到70%之间^[41]。对比来看,热针实验是比较精确的分选手段。它的原理是利用合成聚合物的热塑性来区分塑料和天然颗粒^[90]。然后,将分离得到的微塑料碎片进行清洗,以去除黏附在其表面的其他物质(如沙子和土壤)^[29]。最后,将微塑料干燥并保存在黑暗的环境中,以减少存储过程中的降解^[91]。

3.3 微塑料的鉴定

目前用于微塑料定性定量研究的技术主要有傅里叶变换红外光谱技术(FTIR)^[92]、拉曼光谱技术(Raman)^[93]、裂解气相色谱-质谱联用技术(Pyrolysis-GC/MS)^[94]和热重-差示扫描量热法^[95](TGA-DSC)等。在已报道的研究技术中,傅里叶变换红外光谱法和拉曼光谱法是最常用的微塑料鉴别方法, 因为它们可以精确识别聚合物类型^[96]。在测试中,微塑料样品被激发,从而可以检测到结构的特定振动。所产生的指纹范围的特征光谱,通过与已知参考光谱的比较,可以识别材料的性质(即塑料和非塑料)。

3.3.1 红外光谱法

FTIR用于微塑料鉴定可遵循以下方法,大于500 μm的较大颗粒可以通过衰减全反射红外光谱(ATR-FTIR)进行分析,小于20 μm的较小颗粒可以通过显微耦合红外光谱分析测定^[97]。优势:(1) 红外光谱技术是非破坏性方法;(2) 焦平面阵列(Focal plane array,FPA)等新出现的自动FTIR成像技术,可以通过一次测量快速获取一个区域内的几千个光谱,大大缩短了分析时间。局限:(1) 样品必须是红外活性(IR)的;(2) 低于20 μm的样品可能不会产生足够可判断的吸收光谱;(3) 用这种方法很难分析不透明颗粒^[98]。

3.3.2 拉曼光谱

显微耦合拉曼光谱法(RS)不仅能够获得表面官能团的信息,还可以观测到局部的微观形貌。适用于粒径>1 μm的颗粒,是唯一适用于粒径为1~20 μm的颗粒的方法^[99]。优势:(1) 显微耦合拉曼光谱法能够分析1~20 μm之间的小颗粒,具有较高的空间分辨率和相对较低的水和二氧化碳敏感性;(2) 还可以分析不透明和暗粒子。局限:(1) 生物、有机和无机杂质对微塑料的荧光干扰较大,阻碍了微塑料的识别;(2) 样品分析前需要净化;(3) 对比FTIR成像,拉曼成像的主要缺点是测量时间更长^[100]。

3.3.3 裂解气相色谱-质谱联用技术

裂解气相色谱-质谱联用技术是利用热分析法检测微塑料。首先,将样品在惰性气氛下热裂解,然后用气相色谱分离裂解碎片并用质谱进行表征,最后,将裂解产物的光谱与常用塑料类型的数据库进行比较即可^[101,102]。该方法适用于尺寸大于500 μm的样品,可以用镊子手动处理。优势:(1) 样品可与有机塑料添加剂一起进行分析,不需要添加溶剂,从而避免了背景污染;(2) 测定方法灵敏可靠。局限:(1) 每次运行只能评估单一颗粒,热解数据库只适用于选定的聚合物;(2) 分析技术具有破坏性,缺乏颗粒尺寸、形状以及数量相关的信息^[103]。

3.3.4 热重-差示扫描量热法

热重(TGA)是一种热分析方法,可以通过监测加热过程中样品的质量损失进行定量分析。差示扫描量热法(DSC)用于了解热力学性质,如焓、热容和相变温度。当样品吸热或放热时,会导致温度发生变化,并且在DSC系统中观察到一个峰,该峰下的面积可用于定量分析^[104]。优势:操作简单,易于使用。局限:粒度对DSC信号的定性和定量分析有特殊的影响,所以需要对样品进行预处理,包括对悬浮颗粒的筛分^[105]。

4 微塑料的降解

传统的废水净化技术在控制和消除微塑料方面存在困难。因此,急需开发新的降解策略来实现微塑料的高效去除。近年来,越来越多的科研工作者致力于微塑料的降解研究,并取得了初步成果。现有方法主要包括生物降解、高级氧化法降解和光催化降解。

4.1 生物降解

随着全球塑料的生产和使用量的迅速增加,生活污水和全球水生系统中的微塑料(MPs)污染已成为一个新兴问题,给海洋生物和人类带来了不可忽视的健康风险。然而,有效控制和净化微塑料的先进技术在很大程度上仍不发达。在此背景下,Auta等^[106]从马来西亚半岛的红树林沉积物中成功筛分出蜡状芽孢杆菌和格氏芽孢杆菌两种菌株,以减轻微塑料对环境的影响。其中格氏芽孢杆菌可以促进多种MPs颗粒降解,质量损失百分比分别为聚乙烯(PE)6.2%、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)3.0%、聚丙烯(PP)3.6%和聚苯乙烯(PS)5.8%。对比格氏芽孢杆菌,蜡状芽孢杆菌对这四种微塑料的降解效率分别为1.6%、6.6%、0%和7.4%。这项研究证明了从红树林沉积物中分离的细菌有降解微塑料的潜力。如图3所示,通过FTIR分析中微塑料吸收特征峰的减少、质量损失和SEM图像观察到的形态变化,证实了微生物降解过程和菌株利用微塑料的能力。

在上一研究的基础上,Auta等^[107]进一步评估了从红树林沉积物中分离的芽孢杆菌菌株27和红球菌菌株36对聚丙烯微塑料(PP)的生长反应和降解机理。研究发现,两种菌株均能够利用PP微塑料进行生长,经过40天的培养,菌株36能够降解6.4%的PP微塑料,而菌株27只能降解4.0%。经过40天的生物降解实验观察到,随着PP微塑料的降解,体系的pH值逐渐增大,这归因于PP微塑料的降解过程中碱性芳香化合物和/或其他代谢物的产生和积累。此外,还发现芽孢杆菌菌株27在第10天(pH=8.51)生长最好(1.376 OD600),而红球菌菌株36在第20天(pH=8.96)生长最好(1.01 OD600)。这一结果表明,菌株27和菌株36生长的最适pH值分别为8.51和8.96。

Dobretsov等^[108]的研究表明,单一细菌(纯细菌培养物)对有机化合物的生物降解往往会产生抑制微生物生长的有毒副产物。与纯细菌培养相比,构成稳定微生物群落的各种细菌(细菌群落)可以帮助消除有毒代谢物对降解微塑料的细菌的影响^[109]。目前,科研人员从实验室研究中获得了多种菌群,并致力于将其用于微塑料降解的研究。Skariyachan等^[110]从塑料垃圾处理区中筛选出最好的菌株,并将其组合成细菌群落,发现相较于单一菌株,这种新型微生物群落具有较高降解潜力。在120天内,该菌群对LDPE带和LDPE颗粒的降解效率分别为81%±4%和38%±3%。在另一项研究中,Tsiota等^[111]利用实验室开发的一个能够降解聚乙烯薄膜的细菌群落(Agios群落)和来自Chania Souda湾地区的土著海洋群落(Souda群落)进行微塑料降解实验。根据初步结果,Souda群落可以更有效地降解次级微塑料,只需两个月的时间,PE的质量降低了18%,而Agios群落在相同的时间间隔内仅减少了8%。上述研究表明,微生物群落的工业规模化可能为LDPE和类似塑料垃圾的废物管理提供更好的见解。

4.2 高级氧化法降解

高级氧化工艺(AOPs)是指通过产生活性氧(ROS)使水中的持久性有机污染物降解为低毒或无毒的小分子物质,甚至直接降解为CO₂和H₂O,接近完全矿化^[112⇓~114]。AOPs产生的活性氧,如硫酸根自由基^[115]和羟基自由基^[116](SO₄·^-,E⁰=3.1 V;OH·,E⁰=2.8 V相对于普通氢电极[NHE]),它们的高氧化还原电势能增强微塑料的氧化。在此基础上,Kang等^[117]通过将碳化锰纳米颗粒(Mn@NCNTs)封装在螺旋状氮掺杂的碳纳米管中,采用一锅热解法制备了纳米复合材料。通过催化活化过氧单硫酸盐生成反应性自由基,这种坚固的碳杂化物表现出优异的MPs降解性能。实验结果表明,Mn@NCNTs/PMS体系可以通过辅助水热的方式去除50%的MPs。螺旋状的结构和高度的石墨化程度保证了碳催化剂在高温环境中的稳定性。这项研究的结果致力于通过整合最先进的碳催化技术和纳米技术来提供一种绿色降解策略来修复水中的微塑料污染。

在环境中,微塑料需要经受多次老化过程。但是,有关自然老化对微塑料环境行为影响的信息极度缺乏。为了解决这一问题,Liu等^[118]研究了热活化K₂S₂O₈和Fenton处理对聚苯乙烯和高密度聚乙烯微塑料的蚀变性能,以增进对它们在水生环境中长期自然老化的理解。在这项研究中,AOPs加速了微塑料的老化程度。研究结果如图4所示,O/C比可以用作CI(羰基指数)值的替代参数,以量化微塑料的表面老化性能。在处理初期,过量的自由基导致微塑料表面的快速氧化。但随着反应的进行,可用位点逐渐减少,表层氧化趋于饱和,所以后期O/C比值不再增加,达到极值。这项研究,首次尝试阐明微塑料的蚀变特性与蚀变时间/吸附行为之间的关系,为实际环境中微塑料污染的评估提供了进一步的信息。

在AOPs中,类电芬顿(EF-like)技术在高效多相催化剂的辅助下被广泛应用于生成OH·进行高级氧化。Miao等^[119]采用电化学方法处理PVC微塑料。实验结果表明,在-0.7 V vs Ag/AgCl、100℃恒电位电解6 h后,基于TiO₂/C阴极的类EF技术成功降解PVC微塑料,去除率56%,脱氯效率75%。如图5所示,提出了PVC微塑料可能的降解机理。在PVC降解过程中,一些大分子有机物脱落并进一步分解为小分子。PVC脱氯主要是通过施加的阴极电位直接还原,同时OH·的氧化导致PVC骨架的氧化和断裂,有机物脱落间接促进了PVC微塑料的脱氯。

4.3 光催化降解

光催化降解反应主要是催化剂受光照射,吸收光能,发生电子跃迁,生成电子(e^-)-空穴对(h⁺),直接参与氧化还原反应,或通过与氧气(O₂)、水(H₂O)和羟基(OH^-)结合,生成活性极强的自由基(O₂·^-和OH·),以降解不同的有机污染物,生成小分子有机物或直接矿化成CO₂和H₂O。为了实现可持续的微塑料降解工艺,Ariza-Tarazona等^[120]研究了从市售面部磨砂膏中提取的PE微塑料的光催化降解。微塑料的提取是按照Napper等^[121]报道的方法,从市售的去角质磨砂膏中提取微塑料。首先,将60 g磨砂膏与500 mL蒸馏水混合,使用孔径为500 μm的滤布过滤热混合物。然后,将所得的微塑料用蒸馏水反复洗涤,并在30℃下干燥24 h即可。基于N-TiO₂的光催化材料是通过两种方法合成的。一种是用新鲜蓝贻贝的细胞外液进行绿色合成,在固体和水环境中均具有良好的光催化降解能力。其在水环境中光催化降解PE微塑料的质量损失为6.4%,动力学常数比固相光催化降解快3倍(表1);而第二种是通过传统的溶胶-凝胶法合成得到的,光照条件下在水环境中微塑料的质量损失为2.86%。

在目前流行的金属氧化物光催化剂中,ZnO因其具有优异的光学性能、较高的氧化还原电位、较好的电子迁移率和无毒等特点而成为最有前途的光催化剂。基于以上背景,Dutta等^[122]研究了ZnO纳米棒光催化剂降解废水系统中大量存在的微塑料污染物LDPE膜。实验中采用傅里叶变换红外光谱、动态机械分析仪和光学成像等技术对反应进行监测。结果发现,残留物的羰基指数增加了30%,脆性增加,表面出现大量的裂纹和空腔,证实了LDPE微塑料实现了部分氧化分解,为使用清洁技术解决微塑料污染提供了新的见解。

Nabi等^[123]开发了一种新型微塑料(PS和PE) 固相光降解方法。用Triton X-100制成的TiO₂纳米颗粒膜在12 h内可以矿化98.40% PS(400 nm),原位漫反射红外光谱(In-situ DRIFTs)和热重(TGA)分析结果表明(图6),PS经光催化降解,最终完全转化为CO₂。研究发现,TiO₂膜材料具有优异的光催化性能是由于其表面亲水性和膜的质地。表面亲水性可以增强半导体和塑料之间的相互作用,颗粒改善薄膜结构,导致电荷转移和分离,从而导致微塑料的快速降解。

光催化技术在解决MPs污染方面具有以下优点:(1)氧化能力强,活性物质通过与MPs反应,可以转化为无害或毒性较小的化学物质,甚至完全矿化为CO₂和H₂O。(2)适应于传统的污水处理厂(WWTPs),通过将光催化技术与WWTPs结合,不仅可以显著降低排放水中MPs的含量,而且可以避免这些污染物对设施造成损坏。(3)光催化可利用太阳光作为能源来活化光催化剂,驱动氧化-还原反应,而且光催化剂在反应过程中并不消耗,属于环境友好型处理技术^[124]。为了将传统的污水处理厂与光催化技术结合,Uheida等^[125]研究了在流动系统中进行微塑料颗粒光催化降解,来模拟污水处理厂的真实情况。如图7所示,首先,将固定在玻璃纤维衬底上的ZnO NRs (光催化剂)放入流动系统中,然后,在可见光照射下,光催化降解悬浮在水中的微塑料球形颗粒。结果表明,PP微塑料在可见光照射两周后,平均颗粒体积减少了65%,且主要的光降解副产物均为无毒小分子。

Jiang等^[126]采用简单的共沉淀方法在室温下合成了富含羟基的超薄BiOCl,如图8所示,通过傅里叶红外光谱、热解气相色谱-质谱(裂解气相色谱-质谱)和X射线光电子能谱(XPS)证实了OH^-的存在。表面丰富的羟基有利于其在水中的分散、表面活性位点的增加和电荷转移的加速。在这种情况下,BiOCl-x对微塑料的降解表现出更强的光催化能力,在降解过程中微塑料的质量损失是BiOCl纳米片的24倍。

目前已有多项研究报道MPs可通过光催化降解,但操作变量在过程中的影响尚未被研究。为了填补这一领域的知识空白,Ariza-Tarazona等^[127]利用C,N-TiO₂和可见光研究了pH和温度对HDPE MPs降解过程的影响。实验结果表明,低pH和低温对MPs的降解有协同作用。低pH值将H⁺离子引入到体系中,有利于塑料降解,并有利于胶体纳米颗粒与HDPE MPs之间更好的相互作用。低温导致MPs的碎裂,增加了MPs的比表面积,增加了MPs与C,N-TiO₂的相互作用。因此,通过改变光催化过程中的温度和pH等操作条件,可以提高初级HDPE MPs的降解速率。

在光催化降解反应中,随着反应条件、催化剂和污染物种类的不同,催化机理以及参与反应的主要活性物质也有所区别。目前,关于活性物种在MPs降解中的作用只得到了很少的研究,仍需要进行更多的探索。为了提供更多的信息来帮助设计有效的光催化反应体系,增强微塑料的降解。Vital-Grappin等^[124]采用叔丁醇、异丙醇、钛试剂和硝酸铜分别作为OH·、h⁺、O₂·^-和e^-的清除剂,分析了4种活性物质在使用C,N-TiO₂粉末光催化降解初级HDPE MPs中的具体作用。结果如表2所示,这4种物种对MPs的降解都有重要作用,首次揭示了通过涉及光生成e^-的途径形成游离OH·在MPs降解中发挥了重要作用。进一步研究表明,MPs降解的起始步骤是由OH·、h⁺或O₂·^-物种完成的。

综上所述可知,生物降解是一种低成本、生态友好的方法。然而,这是一个十分缓慢的过程,生物降解性低,导致微塑料的完全去除需要很长的时间,因此难以实际应用。高级氧化法的降解效率虽然有所提升,但其需要高温水热、电化学等方法辅助,导致经济成本较高。对比前面两种方法,光催化降解具有环境友好、低成本、氧化能力强等优点。因此,被科研工作者广泛用于微塑料的降解研究,是一种更有效的微塑料降解方法。

5 结论

微塑料是一种分布广泛的持久性污染物,在全球多个地方都有报道,已经成为世界范围内的一个巨大的环境危机。研究表明,微塑料因其体积小、疏水性等特点,使它具备较高的吸收持久性有机污染物的能力,从而对生物体构成严重威胁。塑料的成分、性能以及它们吸收的有机化学物质和金属,最终可能通过食用海产品被人类摄入并在体内积累,进而造成健康风险。近年来,关于微塑料的研究主要集中在微塑料的来源与分布,生物效应和分析方法上,关于微塑料降解的报道数量有限,且降解效率不高。因此,之后可以在微塑料降解方法上做进一步的深入研究,开发出高效的、适用的降解方案以解决微塑料的全球性污染问题。

参考文献

原文顺序 | 出版日期 | 本文引用

[1]	Hammer J, Kraak M H, Parsons J R. Rev Environ Contam Toxicol. 2012, 220: 1.

[2]	MacArthur D E, Waughray D, Stuchtey R M. World Economic Forum. 2016.

[3]	Alimi O S, Farner Budarz J, Hernandez L M, Tufenkji N. Environ. Sci. Technol., 2018, 52(4): 1704.

[4]	Dris R, Gasperi J, Mirande C, Mandin C, Guerrouache M, Langlois V, Tassin B. Environ. Pollut., 2017, 221: 453.

[5]	Dris R, Gasperi J, Saad M, Mirande C, Tassin B. Mar. Pollut. Bull., 2016, 104(1/2): 290.

[6]	Ng K L, Obbard J P. Mar. Pollut. Bull., 2006, 52(7): 761.

[7]	Fendall L S, Sewell M A. Mar. Pollut. Bull., 2009, 58(8): 1225.

[8]	Cole M, Lindeque P, Halsband C, Galloway T S. Mar. Pollut. Bull., 2011, 62(12): 2588.

[9]	Wang J D, Tan Z, Peng J P, Qiu Q X, Li M M. Mar. Environ. Res., 2016, 113: 7.

[10]	Piehl S, Leibner A, Löder M G J, Dris R, Bogner C, Laforsch C. Sci. Rep., 2018, 8: 17950.

[11]	Guo J J, Huang X P, Xiang L, Wang Y Z, Li Y W, Li H, Cai Q Y, Mo C H, Wong M H. Environ. Int., 2020, 137: 105263.

[12]	Yuan W K, Liu X N, Wang W F, Di M X, Wang J. Ecotoxicol. Environ. Saf., 2019, 170: 180.

[13]	van Cauwenberghe L, Vanreusel A, Mees J, Janssen C R. Environ. Pollut., 2013, 182: 495.

[14]	Reddy M S, Shaik Basha, Adimurthy S, Ramachandraiah G. Estuar. Coast. Shelf Sci., 2006, 68(3/4): 656.

[15]	Zhang L S, Liu J Y, Xie Y S, Zhong S, Yang B, Lu D L, Zhong Q P. Sci. Total. Environ., 2020, 708: 135176.

[16]	Jiang C B, Yin L S, Wen X F, Du C Y, Wu L X, Long Y N, Liu Y Z, Ma Y, Yin Q D, Zhou Z Y, Pan H M. Int. J. Environ. Res. Public Heal., 2018, 15(10): 2164.

[17]	Carr S A, Liu J, Tesoro A G. Water Res., 2016, 91: 174.

[18]	Nizzetto L, Futter M, Langaas S. Environ. Sci. Technol., 2016, 50(20): 10777.

[19]	Hurley R R, Lusher A L, Olsen M, Nizzetto L. Environ. Sci. Technol., 2018, 52(13): 7409.

[20]	Duis K, Coors A. Environ. Sci. Eur., 2016, 28: 2.

[21]	Andrady A L. Mar. Pollut. Bull., 2011, 62(8): 1596.

[22]	Mai L, Bao L J, Shi L, Wong C S, Zeng E Y. Environ. Sci. Pollut. Res., 2018, 25(12): 11319.

[23]	Eerkes-Medrano D, Thompson R C, Aldridge D C. Water Res., 2015, 75: 63.

[24]	Mekaru H. ACS Omega, 2020, 5(7): 3218.

[25]	Dawson A L, Kawaguchi S, King C K, Townsend K A, King R, Huston W M, Bengtson Nash S M. Nat. Commun., 2018, 9: 1001.

[26]	Yousefi N, Tufenkji N. Front. Chem., 2016, 4: 46.

[27]	Hernandez L M, Yousefi N, Tufenkji N. Environ. Sci. Technol. Lett., 2017, 4(7): 280.

[28]	Bothun G D. J. Nanobiotechnology, 2008, 6(1): 13.

[29]	McDermid K J, McMullen T L. Mar. Pollut. Bull., 2004, 48(7/8): 790.

[30]	Pan Z, Guo H G, Chen H Z, Wang S M, Sun X W, Zou Q P, Zhang Y B, Lin H, Cai S Z, Huang J. Sci. Total. Environ., 2019, 650: 1913.

[31]	Martins J, Sobral P. Mar. Pollut. Bull., 2011, 62(12): 2649.

[32]	Li L, Geng S X, Wu C X, Song K, Sun F H, Visvanathan C, Xie F Z, Wang Q L. Environ. Pollut., 2019, 254: 112951.

[33]	Barnes D K A, Walters A, Gonçalves L. Mar. Environ. Res., 2010, 70(2): 250.

[34]	Bergmann M, Sandhop N, Schewe I, D’Hert D. Polar Biol., 2016, 39(3): 553.

[35]	Liebezeit G, Dubaish F. Bull. Environ. Contam. Toxicol., 2012, 89(1): 213.

[36]	Desforges J P W, Galbraith M, Dangerfield N, Ross P S. Mar. Pollut. Bull., 2014, 79(1/2): 94.

[37]	Browne M A, Crump P, Niven S J, Teuten E, Tonkin A, Galloway T, Thompson R. Environ. Sci. Technol., 2011, 45(21): 9175.

[38]	Mohamed Nor N H, Obbard J P. Mar. Pollut. Bull., 2014, 79(1/2): 278.

[39]	Ballent A, Purser A, de Jesus Mendes P, Pando S, Thomsen L. Biogeosci Discuss. 2012, 9 (12): 18755.

[40]	Law K L, MorÉt-Ferguson S, Maximenko N A, Proskurowski G, Peacock E E, Hafner J, Reddy C M. Science, 2010, 329(5996): 1185.

[41]	Eriksen M, Mason S, Wilson S, Box C, Zellers A, Edwards W, Farley H, Amato S. Mar. Pollut. Bull., 2013, 77(1/2): 177.

[42]	CÓzar A, Echevarría F, González-Gordillo J I, Irigoien X, Úbeda B, Hernández-LeÓn S, Palma Á T, Navarro S, García-de-Lomas J, Ruiz A, Fernández-de-Puelles M L, Duarte C M. PNAS, 2014, 111(28): 10239.

[43]	Li J Y, Liu H H, Paul Chen J. Water Res., 2018, 137: 362.

[44]	Hahladakis J N, Velis C A, Weber R, Iacovidou E, Purnell P. J. Hazard. Mater., 2018, 344: 179.

[45]	Talsness C E, Andrade A J M, Kuriyama S N, Taylor J A, vom Saal F S. Phil. Trans. R. Soc. B, 2009, 364(1526): 2079.

[46]	Carbery M, O’Connor W, Palanisami T. Environ. Int., 2018, 115: 400.

[47]	Horton A A, Walton A, Spurgeon D J, Lahive E, Svendsen C. Sci. Total. Environ., 2017, 586: 127.

[48]	Takada H. Mar. Pollut. Bull., 2006, 52(12): 1547.

[49]	Velzeboer I, Kwadijk C J A F, Koelmans A A. Environ. Sci. Technol., 2014, 48(9): 4869.

[50]	Beckingham B, Ghosh U. Environ. Pollut., 2017, 220: 150.

[51]	Liu X M, Shi H H, Xie B, Dionysiou D D, Zhao Y P. Environ. Sci. Technol., 2019, 53(17): 10188.

[52]	Sussarellu R, Suquet M, Thomas Y, Lambert C, Fabioux C, Pernet M E J, Le Goïc N, Quillien V, Mingant C, Epelboin Y, Corporeau C, Guyomarch J, Robbens J, Paul-Pont I, Soudant P, Huvet A. PNAS, 2016, 113(9): 2430.

[53]	Cole M, Lindeque P, Fileman E, Halsband C, Galloway T S. Environ. Sci. Technol., 2015, 49(2): 1130.

[54]	Jin Y X, Lu L, Tu W Q, Luo T, Fu Z W. Sci. Total. Environ., 2019, 649: 308.

[55]	Barboza L G A, Vieira L R, Branco V, Figueiredo N, Carvalho F, Carvalho C, Guilhermino L. Aquat. Toxicol., 2018, 195: 49.

[56]	Lei L L, Wu S Y, Lu S B, Liu M T, Song Y, Fu Z H, Shi H H, Raley-Susman K M, He D F. Sci. Total. Environ., 2018, 619/620: 1.

[57]	Cole M, Galloway T S. Environ. Sci. Technol., 2015, 49(24): 14625.

[58]	Moore C J. Environ. Res., 2008, 108(2): 131.

[59]	Cole M, Lindeque P, Fileman E, Halsband C, Goodhead R, Moger J, Galloway T S. Environ. Sci. Technol., 2013, 47(12): 6646.

[60]	Li J N, Lusher A L, Rotchell J M, Deudero S, Turra A, Bråte I L N, Sun C J, Hossain M S, Li Q P, Kolandhasamy P, Shi H H. Environ. Pollut., 2019, 244: 522.

[61]	Browne M A, Dissanayake A, Galloway T S, Lowe D M, Thompson R C. Environ. Sci. Technol., 2008, 42(13): 5026.

[62]	Wang F, Wong C S, da Chen, Lu X W, Wang F, Zeng E Y. Water Res., 2018, 139: 208.

[63]	Derraik J G B. Mar. Pollut. Bull., 2002, 44(9): 842.

[64]	Li Q P, Ma C Z, Zhang Q, Shi H H. Curr. Opin. Food Sci., 2021, 40: 192.

[65]	Li Q P, Feng Z H, Zhang T, Ma C Z, Shi H H. J. Hazard. Mater., 2020, 388: 122060.

[66]	Du F N, Cai H W, Zhang Q, Chen Q Q, Shi H H. J. Hazard. Mater., 2020, 399: 122969.

[67]	Ragusa A, Svelato A, Santacroce C, Catalano P, Notarstefano V, Carnevali O, Papa F, Rongioletti M C A, Baiocco F, Draghi S, D’Amore E, Rinaldo D, Matta M, Giorgini E. Environ Int. 2021, 146: 106274.

[68]	Yan Z H, Zhao H J, Zhao Y P, Zhu Q D, Qiao R X, Ren H Q, Zhang Y. J. Hazard. Mater., 2020, 384: 121489.

[69]	Prata J C, da Costa J P, Lopes I, Duarte A C, Rocha-Santos T. Sci. Total. Environ., 2020, 702: 134455.

[70]	Hidalgo-Ruz V, Gutow L, Thompson R C, Thiel M. Environ. Sci. Technol., 2012, 46(6): 3060.

[71]	Frias J P G L, Sobral P, Ferreira A M. Mar. Pollut. Bull., 2010, 60(11): 1988.

[72]	Hanvey J S, Lewis P J, Lavers J L, Crosbie N D, Pozo K, Clarke B O. Anal. Methods, 2017, 9(9): 1369.

[73]	Claessens M, de Meester S, Landuyt L V, de Clerck K, Janssen C R. Mar. Pollut. Bull., 2011, 62(10): 2199.

[74]	Corcoran P L. Environ. Sci.: Processes Impacts, 2015, 17(8): 1363.

[75]	Corcoran P L, Biesinger M C, Grifi M. Mar. Pollut. Bull., 2009, 58(1): 80.

[76]	Stolte A, Forster S, Gerdts G, Schubert H. Mar. Pollut. Bull., 2015, 99(1/2): 216.

[77]	Liu M T, Song Y, Lu S B, Qiu R, Hu J N, Li X Y, Bigalke M, Shi H H, He D F. Sci. Total. Environ., 2019, 691: 341.

[78]	Nuelle M T, Dekiff J H, Remy D, Fries E. Environ. Pollut., 2014, 184: 161.

[79]	Crawford C B, Quinn B. In Microplastic Pollutants. 2017, 203.

[80]	Imhof H K, Schmid J, Niessner R, Ivleva N P, Laforsch C. Limnol. Oceanogr.: Methods. 2012, 10 (7): 524.

[81]	Fuller S, Gautam A. Environ. Sci. Technol., 2016, 50(11): 5774.

[82]	Thompson R C, Olsen Y, Mitchell R P, Davis A, Rowland S J, John A W G, McGonigle D, Russell A E. Science, 2004, 304(5672): 838.

[83]	NorÉn F. KIMO Report. 2007, 11: 1.

[84]	Zettler E R, Mincer T J, Amaral-Zettler L A. Environ. Sci. Technol., 2013, 47(13): 7137.

[85]	Zhao S Y, Danley M, Ward J E, Li D J, Mincer T J. Anal. Methods, 2017, 9(9): 1470.

[86]	Imhof H K, Ivleva N P, Schmid J, Niessner R, Laforsch C. Curr. Biol., 2013, 23(19): R867.

[87]	Cole M, Webb H, Lindeque P K, Fileman E S, Halsband C, Galloway T S. Sci. Rep., 2014, 4: 4528.

[88]	Rios L M, Jones P R, Moore C, Narayan U V. J. Environ. Monit., 2010, 12(12): 2226.

[89]	Doyle M J, Watson W, Bowlin N M, Sheavly S B. Mar. Environ. Res., 2011, 71(1): 41.

[90]	Moller J N, Loder M G J, Laforsch C. Environ Sci Technol. 2020, 54 (4): 2078.

[91]	Cooper D A, Corcoran P L. Mar. Pollut. Bull., 2010, 60(5): 650.

[92]	Tagg A S, Sapp M, Harrison J P, Ojeda J J. Anal. Chem., 2015, 87(12): 6032.

[93]	Murray F, Cowie P R. Mar. Pollut. Bull., 2011, 62(6): 1207.

[94]	Fries E, Dekiff J H, Willmeyer J, Nuelle M T, Ebert M, Remy D. Environ. Sci.: Processes Impacts, 2013, 15(10): 1949.

[95]	Majewsky M, Bitter H, Eiche E, Horn H. Sci. Total. Environ., 2016, 568: 507.

[96]	Qiu Q X, Tan Z, Wang J D, Peng J P, Li M M, Zhan Z W. Estuar. Coast. Shelf Sci., 2016, 176: 102.

[97]	Löder M G J, Gerdts G. Marine Anthropogenic Litter. Cham: Springer International Publishing, 2015: 201.

[98]	Huppertsberg S, Knepper T P. Anal. Bioanal. Chem., 2018, 410(25): 6343.

[99]	Araujo C F, Nolasco M M, Ribeiro A M P, Ribeiro-Claro P J A. Water Res., 2018, 142: 426.

[100]

Käppler A, Fischer D, Oberbeckmann S, Schernewski G, Labrenz M, Eichhorn K J, Voit B. Anal. Bioanal. Chem., 2016, 408(29): 8377.

[101]

Chen M, Liu Y, Lin J, Liu C. J Appl Polym Sci. 2019, 136 (18).

[102]

Fischer M, Scholz-Böttcher B M. Environ. Sci. Technol., 2017, 51(9): 5052.

[103]

Herrera M, Matuschek G, Kettrup A. J. Anal. Appl. Pyrolysis, 2003, 70(1): 35.

[104]

Peñalver R, Arroyo-Manzanares N, LÓpez-García I, Hernández-CÓrdoba M. Chemosphere, 2020, 242: 125170.

[105]

Rodríguez Chialanza M, Sierra I, PÉrez Parada A, Fornaro L. Environ. Sci. Pollut. Res., 2018, 25(17): 16767.

[106]

Auta H S, Emenike C U, Fauziah S H. Environ. Pollut., 2017, 231: 1552.

[107]

Auta H S, Emenike C U, Jayanthi B, Fauziah S H. Mar. Pollut. Bull., 2018, 127: 15.

[108]

Dobretsov S, Abed R M M, Teplitski M. Biofouling, 2013, 29(4): 423.

[109]

Yuan J H, Ma J, Sun Y R, Zhou T, Zhao Y C, Yu F. Sci. Total. Environ., 2020, 715: 136968.

[110]

Skariyachan S, Manjunatha V, Sultana S, Jois C, Bai V, Vasist K S. Environ. Sci. Pollut. Res., 2016, 23(18): 18307.

[111]

Tsiota P, Karkanorachaki K, Syranidou E, Franchini M, Kalogerakis N. In Proceedings of the International Conference on Microplastic Pollution in the Mediterranean Sea. Springer, Chapter Cham, 2018, 181.

[112]

Hao S M, Yu M Y, Zhang Y J, Abdelkrim Y, Qu J. J. Colloid Interface Sci., 2019, 545: 128.

[113]

Zhu Z S, Qu J, Hao S M, Han S, Jia K L, Yu Z Z. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10(36): 30670.

[114]

Zhu Z S, Yu X J, Qu J, Jing Y Q, Abdelkrim Y, Yu Z Z. Appl. Catal. B Environ., 2020, 261: 118238.

[115]

Yu X J, Qu J, Yuan Z Y, Min P, Hao S M, Zhu Z S, Li X F, Yang D Z, Yu Z Z. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11(37): 34222.

[116]

Hao S M, Qu J, Zhu Z S, Zhang X Y, Wang Q Q, Yu Z Z. Adv. Funct. Mater., 2016, 26(40): 7334.

[117]

Kang J, Zhou L, Duan X G, Sun H Q, Ao Z M, Wang S B. Matter, 2019, 1(3): 745.

[118]

Liu P, Qian L, Wang H Y, Zhan X, Lu K, Gu C, Gao S X. Environ. Sci. Technol., 2019, 53(7): 3579.

[119]

Miao F, Liu Y F, Gao M M, Yu X, Xiao P W, Wang M, Wang S G, Wang X H. J. Hazard. Mater., 2020, 399: 123023.

[120]

Ariza-Tarazona M C, Villarreal-Chiu J F, Barbieri V, Siligardi C, Cedillo-González E I. Ceram. Int., 2019, 45(7): 9618.

[121]

Napper I E, Bakir A, Rowland S J, Thompson R C. Mar. Pollut. Bull., 2015, 99(1/2): 178.

[122]

Tofa T S, Kunjali K L, Paul S, Dutta J. Environ. Chem. Lett., 2019, 17(3): 1341.

[123]

Nabi I, Bacha A U R, Li K J, Cheng H Y, Wang T, Liu Y Y, Ajmal S, Yang Y, Feng Y Q, Zhang L W. iScience, 2020, 23(7): 101326.

[124]

Vital-Grappin A D, Ariza-Tarazona M C, Luna-Hernández V M, Villarreal-Chiu J F, Hernández-LÓpez J M, Siligardi C, Cedillo-González E I. Polymers, 2021, 13(7): 999.

[125]

Uheida A, Mejía H G, Abdel-Rehim M, Hamd W, Dutta J. J. Hazard. Mater., 2021, 406: 124299.

[126]

Jiang R R, Lu G H, Yan Z H, Liu J C, Wu D H, Wang Y H. J. Hazard. Mater., 2021, 405: 124247.

[127]

Ariza-Tarazona M C, Villarreal-Chiu J F, Hernández-LÓpez J M, Rivera de la Rosa J, Barbieri V, Siligardi C, Cedillo-González E I. J. Hazard. Mater., 2020, 395: 122632.

[1]	Hammer J, Kraak M H, Parsons J R. Rev Environ Contam Toxicol. 2012, 220: 1.
[2]	MacArthur D E, Waughray D, Stuchtey R M. World Economic Forum. 2016.
[3]	Alimi O S, Farner Budarz J, Hernandez L M, Tufenkji N. Environ. Sci. Technol., 2018, 52(4): 1704.
[4]	Dris R, Gasperi J, Mirande C, Mandin C, Guerrouache M, Langlois V, Tassin B. Environ. Pollut., 2017, 221: 453.
[5]	Dris R, Gasperi J, Saad M, Mirande C, Tassin B. Mar. Pollut. Bull., 2016, 104(1/2): 290.
[6]	Ng K L, Obbard J P. Mar. Pollut. Bull., 2006, 52(7): 761.
[7]	Fendall L S, Sewell M A. Mar. Pollut. Bull., 2009, 58(8): 1225.
[8]	Cole M, Lindeque P, Halsband C, Galloway T S. Mar. Pollut. Bull., 2011, 62(12): 2588.
[9]	Wang J D, Tan Z, Peng J P, Qiu Q X, Li M M. Mar. Environ. Res., 2016, 113: 7.
[10]	Piehl S, Leibner A, Löder M G J, Dris R, Bogner C, Laforsch C. Sci. Rep., 2018, 8: 17950.
[11]	Guo J J, Huang X P, Xiang L, Wang Y Z, Li Y W, Li H, Cai Q Y, Mo C H, Wong M H. Environ. Int., 2020, 137: 105263.
[12]	Yuan W K, Liu X N, Wang W F, Di M X, Wang J. Ecotoxicol. Environ. Saf., 2019, 170: 180.
[13]	van Cauwenberghe L, Vanreusel A, Mees J, Janssen C R. Environ. Pollut., 2013, 182: 495.
[14]	Reddy M S, Shaik Basha, Adimurthy S, Ramachandraiah G. Estuar. Coast. Shelf Sci., 2006, 68(3/4): 656.
[15]	Zhang L S, Liu J Y, Xie Y S, Zhong S, Yang B, Lu D L, Zhong Q P. Sci. Total. Environ., 2020, 708: 135176.
[16]	Jiang C B, Yin L S, Wen X F, Du C Y, Wu L X, Long Y N, Liu Y Z, Ma Y, Yin Q D, Zhou Z Y, Pan H M. Int. J. Environ. Res. Public Heal., 2018, 15(10): 2164.
[17]	Carr S A, Liu J, Tesoro A G. Water Res., 2016, 91: 174.
[18]	Nizzetto L, Futter M, Langaas S. Environ. Sci. Technol., 2016, 50(20): 10777.
[19]	Hurley R R, Lusher A L, Olsen M, Nizzetto L. Environ. Sci. Technol., 2018, 52(13): 7409.
[20]	Duis K, Coors A. Environ. Sci. Eur., 2016, 28: 2.
[21]	Andrady A L. Mar. Pollut. Bull., 2011, 62(8): 1596.
[22]	Mai L, Bao L J, Shi L, Wong C S, Zeng E Y. Environ. Sci. Pollut. Res., 2018, 25(12): 11319.
[23]	Eerkes-Medrano D, Thompson R C, Aldridge D C. Water Res., 2015, 75: 63.
[24]	Mekaru H. ACS Omega, 2020, 5(7): 3218.
[25]	Dawson A L, Kawaguchi S, King C K, Townsend K A, King R, Huston W M, Bengtson Nash S M. Nat. Commun., 2018, 9: 1001.
[26]	Yousefi N, Tufenkji N. Front. Chem., 2016, 4: 46.
[27]	Hernandez L M, Yousefi N, Tufenkji N. Environ. Sci. Technol. Lett., 2017, 4(7): 280.
[28]	Bothun G D. J. Nanobiotechnology, 2008, 6(1): 13.
[29]	McDermid K J, McMullen T L. Mar. Pollut. Bull., 2004, 48(7/8): 790.
[30]	Pan Z, Guo H G, Chen H Z, Wang S M, Sun X W, Zou Q P, Zhang Y B, Lin H, Cai S Z, Huang J. Sci. Total. Environ., 2019, 650: 1913.
[31]	Martins J, Sobral P. Mar. Pollut. Bull., 2011, 62(12): 2649.
[32]	Li L, Geng S X, Wu C X, Song K, Sun F H, Visvanathan C, Xie F Z, Wang Q L. Environ. Pollut., 2019, 254: 112951.
[33]	Barnes D K A, Walters A, Gonçalves L. Mar. Environ. Res., 2010, 70(2): 250.
[34]	Bergmann M, Sandhop N, Schewe I, D’Hert D. Polar Biol., 2016, 39(3): 553.
[35]	Liebezeit G, Dubaish F. Bull. Environ. Contam. Toxicol., 2012, 89(1): 213.
[36]	Desforges J P W, Galbraith M, Dangerfield N, Ross P S. Mar. Pollut. Bull., 2014, 79(1/2): 94.
[37]	Browne M A, Crump P, Niven S J, Teuten E, Tonkin A, Galloway T, Thompson R. Environ. Sci. Technol., 2011, 45(21): 9175.
[38]	Mohamed Nor N H, Obbard J P. Mar. Pollut. Bull., 2014, 79(1/2): 278.
[39]	Ballent A, Purser A, de Jesus Mendes P, Pando S, Thomsen L. Biogeosci Discuss. 2012, 9 (12): 18755.
[40]	Law K L, MorÉt-Ferguson S, Maximenko N A, Proskurowski G, Peacock E E, Hafner J, Reddy C M. Science, 2010, 329(5996): 1185.
[41]	Eriksen M, Mason S, Wilson S, Box C, Zellers A, Edwards W, Farley H, Amato S. Mar. Pollut. Bull., 2013, 77(1/2): 177.
[42]	CÓzar A, Echevarría F, González-Gordillo J I, Irigoien X, Úbeda B, Hernández-LeÓn S, Palma Á T, Navarro S, García-de-Lomas J, Ruiz A, Fernández-de-Puelles M L, Duarte C M. PNAS, 2014, 111(28): 10239.
[43]	Li J Y, Liu H H, Paul Chen J. Water Res., 2018, 137: 362.
[44]	Hahladakis J N, Velis C A, Weber R, Iacovidou E, Purnell P. J. Hazard. Mater., 2018, 344: 179.
[45]	Talsness C E, Andrade A J M, Kuriyama S N, Taylor J A, vom Saal F S. Phil. Trans. R. Soc. B, 2009, 364(1526): 2079.
[46]	Carbery M, O’Connor W, Palanisami T. Environ. Int., 2018, 115: 400.
[47]	Horton A A, Walton A, Spurgeon D J, Lahive E, Svendsen C. Sci. Total. Environ., 2017, 586: 127.
[48]	Takada H. Mar. Pollut. Bull., 2006, 52(12): 1547.
[49]	Velzeboer I, Kwadijk C J A F, Koelmans A A. Environ. Sci. Technol., 2014, 48(9): 4869.
[50]	Beckingham B, Ghosh U. Environ. Pollut., 2017, 220: 150.
[51]	Liu X M, Shi H H, Xie B, Dionysiou D D, Zhao Y P. Environ. Sci. Technol., 2019, 53(17): 10188.
[52]	Sussarellu R, Suquet M, Thomas Y, Lambert C, Fabioux C, Pernet M E J, Le Goïc N, Quillien V, Mingant C, Epelboin Y, Corporeau C, Guyomarch J, Robbens J, Paul-Pont I, Soudant P, Huvet A. PNAS, 2016, 113(9): 2430.
[53]	Cole M, Lindeque P, Fileman E, Halsband C, Galloway T S. Environ. Sci. Technol., 2015, 49(2): 1130.
[54]	Jin Y X, Lu L, Tu W Q, Luo T, Fu Z W. Sci. Total. Environ., 2019, 649: 308.
[55]	Barboza L G A, Vieira L R, Branco V, Figueiredo N, Carvalho F, Carvalho C, Guilhermino L. Aquat. Toxicol., 2018, 195: 49.
[56]	Lei L L, Wu S Y, Lu S B, Liu M T, Song Y, Fu Z H, Shi H H, Raley-Susman K M, He D F. Sci. Total. Environ., 2018, 619/620: 1.
[57]	Cole M, Galloway T S. Environ. Sci. Technol., 2015, 49(24): 14625.
[58]	Moore C J. Environ. Res., 2008, 108(2): 131.
[59]	Cole M, Lindeque P, Fileman E, Halsband C, Goodhead R, Moger J, Galloway T S. Environ. Sci. Technol., 2013, 47(12): 6646.
[60]	Li J N, Lusher A L, Rotchell J M, Deudero S, Turra A, Bråte I L N, Sun C J, Hossain M S, Li Q P, Kolandhasamy P, Shi H H. Environ. Pollut., 2019, 244: 522.
[61]	Browne M A, Dissanayake A, Galloway T S, Lowe D M, Thompson R C. Environ. Sci. Technol., 2008, 42(13): 5026.
[62]	Wang F, Wong C S, da Chen, Lu X W, Wang F, Zeng E Y. Water Res., 2018, 139: 208.
[63]	Derraik J G B. Mar. Pollut. Bull., 2002, 44(9): 842.
[64]	Li Q P, Ma C Z, Zhang Q, Shi H H. Curr. Opin. Food Sci., 2021, 40: 192.
[65]	Li Q P, Feng Z H, Zhang T, Ma C Z, Shi H H. J. Hazard. Mater., 2020, 388: 122060.
[66]	Du F N, Cai H W, Zhang Q, Chen Q Q, Shi H H. J. Hazard. Mater., 2020, 399: 122969.
[67]	Ragusa A, Svelato A, Santacroce C, Catalano P, Notarstefano V, Carnevali O, Papa F, Rongioletti M C A, Baiocco F, Draghi S, D’Amore E, Rinaldo D, Matta M, Giorgini E. Environ Int. 2021, 146: 106274.
[68]	Yan Z H, Zhao H J, Zhao Y P, Zhu Q D, Qiao R X, Ren H Q, Zhang Y. J. Hazard. Mater., 2020, 384: 121489.
[69]	Prata J C, da Costa J P, Lopes I, Duarte A C, Rocha-Santos T. Sci. Total. Environ., 2020, 702: 134455.
[70]	Hidalgo-Ruz V, Gutow L, Thompson R C, Thiel M. Environ. Sci. Technol., 2012, 46(6): 3060.
[71]	Frias J P G L, Sobral P, Ferreira A M. Mar. Pollut. Bull., 2010, 60(11): 1988.
[72]	Hanvey J S, Lewis P J, Lavers J L, Crosbie N D, Pozo K, Clarke B O. Anal. Methods, 2017, 9(9): 1369.
[73]	Claessens M, de Meester S, Landuyt L V, de Clerck K, Janssen C R. Mar. Pollut. Bull., 2011, 62(10): 2199.
[74]	Corcoran P L. Environ. Sci.: Processes Impacts, 2015, 17(8): 1363.
[75]	Corcoran P L, Biesinger M C, Grifi M. Mar. Pollut. Bull., 2009, 58(1): 80.
[76]	Stolte A, Forster S, Gerdts G, Schubert H. Mar. Pollut. Bull., 2015, 99(1/2): 216.
[77]	Liu M T, Song Y, Lu S B, Qiu R, Hu J N, Li X Y, Bigalke M, Shi H H, He D F. Sci. Total. Environ., 2019, 691: 341.
[78]	Nuelle M T, Dekiff J H, Remy D, Fries E. Environ. Pollut., 2014, 184: 161.
[79]	Crawford C B, Quinn B. In Microplastic Pollutants. 2017, 203.
[80]	Imhof H K, Schmid J, Niessner R, Ivleva N P, Laforsch C. Limnol. Oceanogr.: Methods. 2012, 10 (7): 524.
[81]	Fuller S, Gautam A. Environ. Sci. Technol., 2016, 50(11): 5774.
[82]	Thompson R C, Olsen Y, Mitchell R P, Davis A, Rowland S J, John A W G, McGonigle D, Russell A E. Science, 2004, 304(5672): 838.
[83]	NorÉn F. KIMO Report. 2007, 11: 1.
[84]	Zettler E R, Mincer T J, Amaral-Zettler L A. Environ. Sci. Technol., 2013, 47(13): 7137.
[85]	Zhao S Y, Danley M, Ward J E, Li D J, Mincer T J. Anal. Methods, 2017, 9(9): 1470.
[86]	Imhof H K, Ivleva N P, Schmid J, Niessner R, Laforsch C. Curr. Biol., 2013, 23(19): R867.
[87]	Cole M, Webb H, Lindeque P K, Fileman E S, Halsband C, Galloway T S. Sci. Rep., 2014, 4: 4528.
[88]	Rios L M, Jones P R, Moore C, Narayan U V. J. Environ. Monit., 2010, 12(12): 2226.
[89]	Doyle M J, Watson W, Bowlin N M, Sheavly S B. Mar. Environ. Res., 2011, 71(1): 41.
[90]	Moller J N, Loder M G J, Laforsch C. Environ Sci Technol. 2020, 54 (4): 2078.
[91]	Cooper D A, Corcoran P L. Mar. Pollut. Bull., 2010, 60(5): 650.
[92]	Tagg A S, Sapp M, Harrison J P, Ojeda J J. Anal. Chem., 2015, 87(12): 6032.
[93]	Murray F, Cowie P R. Mar. Pollut. Bull., 2011, 62(6): 1207.
[94]	Fries E, Dekiff J H, Willmeyer J, Nuelle M T, Ebert M, Remy D. Environ. Sci.: Processes Impacts, 2013, 15(10): 1949.
[95]	Majewsky M, Bitter H, Eiche E, Horn H. Sci. Total. Environ., 2016, 568: 507.
[96]	Qiu Q X, Tan Z, Wang J D, Peng J P, Li M M, Zhan Z W. Estuar. Coast. Shelf Sci., 2016, 176: 102.
[97]	Löder M G J, Gerdts G. Marine Anthropogenic Litter. Cham: Springer International Publishing, 2015: 201.
[98]	Huppertsberg S, Knepper T P. Anal. Bioanal. Chem., 2018, 410(25): 6343.
[99]	Araujo C F, Nolasco M M, Ribeiro A M P, Ribeiro-Claro P J A. Water Res., 2018, 142: 426.
[100]	Käppler A, Fischer D, Oberbeckmann S, Schernewski G, Labrenz M, Eichhorn K J, Voit B. Anal. Bioanal. Chem., 2016, 408(29): 8377.
[101]	Chen M, Liu Y, Lin J, Liu C. J Appl Polym Sci. 2019, 136 (18).
[102]	Fischer M, Scholz-Böttcher B M. Environ. Sci. Technol., 2017, 51(9): 5052.
[103]	Herrera M, Matuschek G, Kettrup A. J. Anal. Appl. Pyrolysis, 2003, 70(1): 35.
[104]	Peñalver R, Arroyo-Manzanares N, LÓpez-García I, Hernández-CÓrdoba M. Chemosphere, 2020, 242: 125170.
[105]	Rodríguez Chialanza M, Sierra I, PÉrez Parada A, Fornaro L. Environ. Sci. Pollut. Res., 2018, 25(17): 16767.
[106]	Auta H S, Emenike C U, Fauziah S H. Environ. Pollut., 2017, 231: 1552.
[107]	Auta H S, Emenike C U, Jayanthi B, Fauziah S H. Mar. Pollut. Bull., 2018, 127: 15.
[108]	Dobretsov S, Abed R M M, Teplitski M. Biofouling, 2013, 29(4): 423.
[109]	Yuan J H, Ma J, Sun Y R, Zhou T, Zhao Y C, Yu F. Sci. Total. Environ., 2020, 715: 136968.
[110]	Skariyachan S, Manjunatha V, Sultana S, Jois C, Bai V, Vasist K S. Environ. Sci. Pollut. Res., 2016, 23(18): 18307.
[111]	Tsiota P, Karkanorachaki K, Syranidou E, Franchini M, Kalogerakis N. In Proceedings of the International Conference on Microplastic Pollution in the Mediterranean Sea. Springer, Chapter Cham, 2018, 181.
[112]	Hao S M, Yu M Y, Zhang Y J, Abdelkrim Y, Qu J. J. Colloid Interface Sci., 2019, 545: 128.
[113]	Zhu Z S, Qu J, Hao S M, Han S, Jia K L, Yu Z Z. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10(36): 30670.
[114]	Zhu Z S, Yu X J, Qu J, Jing Y Q, Abdelkrim Y, Yu Z Z. Appl. Catal. B Environ., 2020, 261: 118238.
[115]	Yu X J, Qu J, Yuan Z Y, Min P, Hao S M, Zhu Z S, Li X F, Yang D Z, Yu Z Z. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11(37): 34222.
[116]	Hao S M, Qu J, Zhu Z S, Zhang X Y, Wang Q Q, Yu Z Z. Adv. Funct. Mater., 2016, 26(40): 7334.
[117]	Kang J, Zhou L, Duan X G, Sun H Q, Ao Z M, Wang S B. Matter, 2019, 1(3): 745.
[118]	Liu P, Qian L, Wang H Y, Zhan X, Lu K, Gu C, Gao S X. Environ. Sci. Technol., 2019, 53(7): 3579.
[119]	Miao F, Liu Y F, Gao M M, Yu X, Xiao P W, Wang M, Wang S G, Wang X H. J. Hazard. Mater., 2020, 399: 123023.
[120]	Ariza-Tarazona M C, Villarreal-Chiu J F, Barbieri V, Siligardi C, Cedillo-González E I. Ceram. Int., 2019, 45(7): 9618.
[121]	Napper I E, Bakir A, Rowland S J, Thompson R C. Mar. Pollut. Bull., 2015, 99(1/2): 178.
[122]	Tofa T S, Kunjali K L, Paul S, Dutta J. Environ. Chem. Lett., 2019, 17(3): 1341.
[123]	Nabi I, Bacha A U R, Li K J, Cheng H Y, Wang T, Liu Y Y, Ajmal S, Yang Y, Feng Y Q, Zhang L W. iScience, 2020, 23(7): 101326.
[124]	Vital-Grappin A D, Ariza-Tarazona M C, Luna-Hernández V M, Villarreal-Chiu J F, Hernández-LÓpez J M, Siligardi C, Cedillo-González E I. Polymers, 2021, 13(7): 999.
[125]	Uheida A, Mejía H G, Abdel-Rehim M, Hamd W, Dutta J. J. Hazard. Mater., 2021, 406: 124299.
[126]	Jiang R R, Lu G H, Yan Z H, Liu J C, Wu D H, Wang Y H. J. Hazard. Mater., 2021, 405: 124247.
[127]	Ariza-Tarazona M C, Villarreal-Chiu J F, Hernández-LÓpez J M, Rivera de la Rosa J, Barbieri V, Siligardi C, Cedillo-González E I. J. Hazard. Mater., 2020, 395: 122632.

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2021-12-24	2022-09-20	2022-01-29
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2022-04-01

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