聚乙烯醇微塑料对溶液中Cu2+的吸附.docx

摘要微塑料是一种全球新型污染物，环境分布广，易迁移，能吸附环境介质中的其他污染物形成复合污染并通过生物摄食进入食物链。以聚乙烯醇（PVA）微塑料为吸附剂，考察其对Cu2+的吸附能力。采用FTIR、XRD、SEM等手段对吸附前后的PVA进行表征。探讨了吸附时间、铜离子初始浓度、pH、离子浓度、粒径等因素对吸附的影响。结果表明：吸附在12h达到平衡；PVA对铜的吸附更符合二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型；pH?4时吸附量最大；随着溶液中共存离子Na+浓度的增加，吸附量逐渐减小；粒径对吸附量的影响不显著。单分子层的表面吸附为主要吸附机制。PVA微塑料对Cu2+的吸附行为研究结果可为了解微塑料和重金属之间的相互作用机制从而准确评估微塑料的环境风险具有重要意义。

引言

塑料产品的出现给人们的生活带来了极大的便利。我们每年要使用超过2.4亿吨的塑料。塑料本身具有难降解、在环境中停留时间长的特点。塑料垃圾在环境中不断积累，给环境带来了巨大压力，是全人类共同面对的环境污染。环境中的废弃塑料通过紫外线照射、风力、水力、微生物等不同的物理化学作用降解破碎成微小的塑料。我国作为全世界的塑料生产大国之一，微塑料污染尤为严重。微塑料是一种新型污染物，国际上没有公认的定义，通常把粒径100nm～5mm的塑料颗粒称为微塑料，粒径1～100nm的称为纳米塑料。微塑料作为载体，能吸收和富集环境中的有机污染物和重金属。这些污染物也会随微塑料进入食物链，在食物链间传递和富集，对处于食物链顶端的人类的健康产生巨大威胁。

正文部分

1?实验部分

1.1?主要仪器与试剂

1.2?实验方法

1.2.1?吸附动力学

取0.02g微塑料样品，100mL（5mg/L）Cu2+溶液为吸附液（此浓度设置略高于地表水环境质量Ⅲ类水体标准限值），设置3组平行，同时做不加微塑料的空白作为初始浓度。

1.2.2??吸附等温线

取0.02g微塑料样品，加入100mL浓度梯度为0～100mg/L的Cu2+溶液，在室温，160r/min条件下振荡吸附12h。过滤溶液，测定溶液中Cu2+的浓度，设置3组平行。同时做不加微塑料的空白作为初始浓度。

1.2.3??影响因素实验

pH对吸附影响：实验采用氢氧化钠和硝酸分别调节吸附液至pH?1～6；离子浓度对吸附影响：吸附液中Na+浓度梯度为0.1～10mg/L，Cu2+的浓度保持5mg/L不变；粒径大小对吸附影响：实验采用2～5mm和0.3～2mm的两种PVA颗粒为实验对象。影响因素实验同动力学实验条件一致。

1.2.4??微塑料的表征

????采用扫描电子显微镜（SEM）、全自动比表面及孔隙度分析仪（BET）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）和X-射线衍射仪（XRD）表征吸附前后PVA的表面形态，PVA的比表面积、孔容和平均孔径，吸附前后PVA的表面官能团变化以及吸附前后PVA晶体结构的变化。

1.3??吸附模型与数据分析

1.3.1??吸附动力学模型

采用一级、二级动力学和颗粒内扩散模型对微塑料PVA吸附Cu2+的过程进行拟合。

1.3.2??吸附等温线模型

采用Langmuir及Freundlich等温吸附模型对吸附数据进行拟合。

1.3.3?数据分析

实验所得数据采用MicrosoftExcel2016分析处理，图形采用origin9绘制。?

2?结果与讨论

2.1?PVA微塑料的表征

SEM结果见图1。由图可以看出，PVA表面具有凹凸不平的鳞片状结构且有细碎的裂纹，并且表面拥有丰富的、不规则形状并且大小不一的孔洞。孔洞内部具有粗糙的表面结构。PVA微塑料表面的凹凸不平、裂纹和粗糙的孔洞结构可以增加吸附剂的表面积，证实了PVA具有一定的表面吸附能力。吸附后的PVA表面裂纹加深，变得更加粗糙和厚重。可能是PVA表面被Cu2+包裹，形成一层盐膜。

?

2.2??吸附动力学

吸附动力学是研究吸附过程和吸附机理的重要工具，表示吸附质吸附或扩散到吸附剂上的速率过程。如图4a所示，PVA对Cu2+的吸附过程为先快速后缓慢吸附，在12h后基本达到平衡，吸附量没有明显变化。平衡吸附量约为1213mg/kg。吸附初始阶段，吸附剂存在大量吸附位点，随着时间的推移，吸附位点被逐渐占据，吸附速率不断降低，最后吸附达到饱和。本文采用3种常用的动力学模型对PVA微塑料在不同时间下的吸附数据进行拟合分析，结果如图4b～4d所示，拟合参数如表2所示。?

?

2.3??吸附等温线

如图5所示，随着溶液中Cu2+初始浓度的增加，平衡吸附量逐渐增大，最后趋于平衡。当溶液中Cu2+初始浓度低于50mg/L时，吸附量增加是因为随着溶液中Cu2+浓度的增加，使Cu2+与PVA表面上的有效吸附位点接触机会增加，有利于吸附位点