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有著“白色污染”之稱的塑料垃圾已對人們的生活環境造成嚴重的污染，而微/納尺度的塑料（NP）作為一種新興的污染物更是對環境和人體健康具有潛在的危險性。這類無處不在的NP很有可能分散在水中，隨著人類的飲食、用水而進入人體，造成組織滲透和引發炎癥，也可成為體內毒素的積聚物。由于NP的尺寸非常小、化學性質各異，常規處理塑料的方法，如過濾技術、生物降解、化學氧化等都難以高效、完全地除去NP。因此，開發出高效去除水中NP的技術迫在眉睫。

德國埃朗根‐紐倫堡大學Marcus Halik等人開發了核殼型超順磁性氧化鐵納米顆粒（SPIONs），它們可以吸引微納米塑料并將其粘合到較大的團聚體上，然后可以通過施加外部磁場將其10分鐘內從水中除去。通過調控功能化SPIONs的表面勢能，可以有效地吸引互補的帶電NP，并且其上的正烷基鏈能與有機NP優先相互作用，避免了無機顆粒的干擾。作者通過使用來自不同水域（包括河水）的各類NP和不同SPION材料進行的系統性治理實驗，驗證了該技術的通用性，其對水中混合NP具有優異的治理性能。由于所用材料和工藝都很簡單，該技術具有非常大的工業應用潛力。該研究以題為“The remediation of nano-/microplastics from water”的論文發表在《Materials Today》上。

【去離子水中NP的去除】

作者制備了核殼SPION材料，其中Fe3O4或Fe2O3的芯都修飾有相應的不同膦酸分子層（圖1a）。該外殼設計同時提供靜電和范德華力，使得SPION吸附到NP表面（圖1b），并將它們進一步連接到較大的團聚體上（圖1c）。最后可以通過施加外部磁場將這些NP-SPION聚集體磁性收集并從水中去除（圖1d）。作者選用了三種化學性質不同的納米級聚合物，聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯和三聚氰胺樹脂以驗證其通用性。此外，作者還研究了不同大小和化學成分的混合NP的治理方法。相應的SEM分析表明（圖2），在SPIONs的存在下NP混合物會形成更大的團聚體，尺寸甚至比SPIONs的尺寸大一個數量級。

【聚集體形態分析】

為了更深入地了解NP-SPION聚集物，作者對其進行了掃描透射電子顯微鏡（STEM）、選擇區域電子衍射（SAED）、能量色散X射線光譜（EDXS）和電子斷層掃描（ET）表征。圖3a和3b顯示了混合PS團聚體的高角度環形暗場圖像，揭示了較小的SPION顆粒能很好地分散在兩個PS球的周圍和之間。通過對其成分進行EDXS平均測量，可以確定該PS體系中Fe / C的原子分數比為1.9％。將原子分數轉換為PS與SPION的質量比，得出其收集NP的能力為其自身質量的8.1倍。圖3d和e展示了一個典型的混合PS團聚體的3D重建的可視化結果，證實了PS球與Fe3O4之間形成較大團聚體的牢固連接。同樣地，作者在其他聚合物體系中觀察到了與PS體系類似的結果。

圖3  SPION處理的PS的形態表征

【實際水樣中的NP治理】

作者用裝有無機SiO2顆粒的去離子水樣品和實際水樣（河水）進行了相同的治理實驗。結果表明，無論二氧化硅的大小如何，SPION收集的各種聚合物與去離子水中一樣有效，說明無機SiO2顆粒的吸附競爭似乎對其收集NP的能力沒有負面影響。從河水中進行的NP治理（污水處理廠的永久排放）展現出了SPION的最佳的收集NP的能力。SEM圖像表明，河水處理的團聚體看起來與在去離子水中收集到的團聚體相似，并且沒有摻入無機沉積物。由于實際水中污染物的性質和濃度未知，難免會存在另外吸附的小分子，如有機肥皂、腐殖酸或除草劑等，它們很可能會影響NP在SPION上的吸附能力。作者推測，這種分子有可能有助于補償不利的表面電荷，從而提高每個SPION的收集。

總結：作者展示了一種去除微納級塑料垃圾的通用技術，而無需考慮塑料和水質的類型。所開發的SPIONs可以連接并聚集具有不同化學結構和尺寸的納米塑料顆粒。同時，殼層的分子結構提供了有機烷基鏈，這有利于克服無機顆粒的干擾。作者通過從實際水樣中去除NP驗證了該技術的可行性，其原理可概括為利用SPION連接在NP表面并驅動它們附聚為較大的可處理顆粒。