微塑料農(nóng)膜老化過程中表面特征的變化

高山雪 邢夢雨 吳宇佳 徐一盧 陳蕾

摘要：塑料制品在環(huán)境中老化后，表面特征也會發(fā)生變化，并對其生物毒性產(chǎn)生很大的影響。本文采用傅立葉變換紅外光譜的表征方法，對比老化前后塑料農(nóng)膜的紅外吸收光譜，研究塑料農(nóng)膜老化過程中表面官能團(tuán)的變化特征。研究發(fā)現(xiàn)塑料農(nóng)膜表面在老化過程中發(fā)生氧化，并吸附了農(nóng)藥等物質(zhì)，增加了塑料農(nóng)膜的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：塑料農(nóng)膜;老化;紅外光譜;生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

Abstract：The surface feature of plastic products will change during the aging process in the environment，which will have great impact on the biological toxicity. This paper studied the changes in surface feature of plastic film during aging process by comparing the infrared absorption spectrum of the plastic films before and after aging using fourier transforms infrared spectroscopy.Our results indicated that oxidation took place on the surface of the film during the aging process and pesticides might be adsorbed，which might increase the ecological risk of plastic film.

Key words：Plastic film;Ageing;Infrared spectroscopy;Ecological risk

塑料農(nóng)膜在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中被廣泛使用，自然的風(fēng)力、雨淋與陽光輻射會使塑料農(nóng)膜發(fā)生老化，甚至碎裂成粒徑小于5 mm的微塑料。微塑料在環(huán)境中持久存在，不僅會抑制植物生長、改變相關(guān)微生物酶活性并增加生物死亡率，還可在生物體內(nèi)累積，通過食物鏈威脅到人類的健康。研究表明，老化的微塑料往往更容易在生物體內(nèi)積累，并產(chǎn)生更高的生物毒性，這可能與塑料老化過程中表面官能團(tuán)的變化有關(guān)。因此本文采用傅立葉變換紅外光譜的表征方法，研究塑料農(nóng)膜老化過程中表面官能團(tuán)的變化特征。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

傅立葉變換紅外光譜儀（型號IR-360，購自美國Nicolet公司）;過氧化氫（分析純，購自上海瓦蘭生物科技有限公司）、飽和氯化鈉溶液（1.2 g/cm3）、95%乙醇溶液、氯化亞鐵（分析純，購自上海展云化工有限公司）、超純水等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品的采集與處理

采集的樣品來自南通市如東縣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大棚上使用過的老化農(nóng)膜，對照樣品是從當(dāng)?shù)厣痰曩徺I的未使用過的塑料農(nóng)膜。

將老化農(nóng)膜樣品及未使用過的塑料農(nóng)膜剪為1 cm×1 cm的小塊，再分別將樣品轉(zhuǎn)移到1 L燒杯中，加入飽和NaCl溶液并用玻璃棒充分?jǐn)嚢?～3 min，震蕩搖勻，密封靜置24 h后取上層液體;每個(gè)樣品重復(fù)浮選3～5次，將所收集的上層清液置于同一燒杯中。分離取出樣品后，將所有物質(zhì)用30%H2O2沖洗至100 mL的小燒杯中，加入0.01 g FeCl2，立即密封置于60℃的水浴鍋中加熱72 h，去除樣品中的生物有機(jī)質(zhì)[1]。靜置24 h后，將燒杯中的液體用1 mm篩網(wǎng)過濾，觀察前將濾膜儲存在培養(yǎng)皿中避光保存[2]。

1.2.2 樣品的紅外檢測

處理后的樣品自然風(fēng)干后，將對照農(nóng)膜樣品和老化農(nóng)膜樣品用衰減全反射傅立葉變換紅外光譜儀進(jìn)行測定。

2 結(jié)果和分析

對照農(nóng)膜樣品與老化農(nóng)膜樣品的紅光光譜圖如圖1所示。塑料農(nóng)膜在老化前和老化后均在2 915cm-1（νC-H）、2 848cm-1（νC-H）、1 462cm-1（δCH2）出現(xiàn)了振動(dòng)峰，并在在729 cm-1和718cm-1（νCH2）處出現(xiàn)了雙振動(dòng)峰等特征譜，推測農(nóng)膜的主要成分為聚乙烯。此外，老化后的塑料農(nóng)膜在500cm-1左右出現(xiàn)許多雜峰，在1 000～1 200cm-1出現(xiàn)了強(qiáng)吸收峰，可能為C-O鍵等氧化官能團(tuán)的吸收峰，推測為醚、脂肪族、芳香族等物質(zhì)[3]，這可能是因?yàn)樗芰限r(nóng)膜表面在老化過程中被氧化或吸附了外來農(nóng)藥等物質(zhì)，這些均會增加塑料農(nóng)膜的生物毒性。

3 結(jié)論與展望

本研究結(jié)果表明，塑料農(nóng)膜在老化過程中表面結(jié)構(gòu)、基團(tuán)組成和性質(zhì)發(fā)生了顯著的變化。由于老化塑料表面存在氧化官能團(tuán)，并吸附了農(nóng)藥、抗生素等有機(jī)污染物，對環(huán)境和人體健康均會產(chǎn)生很大的威脅。因此，老化后的塑料農(nóng)膜應(yīng)及時(shí)回收，經(jīng)適當(dāng)處理后再利用，而不能使其碎裂殘留在環(huán)境中，對環(huán)境造成污染。

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收稿日期：2020-06-01

基金項(xiàng)目：南京林業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（2019NFUSPITP0464）。

作者簡介：高山雪（1999-），女，漢族，本科學(xué)歷，研究方向?yàn)榻o排水科學(xué)與工程。

通訊作者：陳蕾（1985-），女，漢族，博士，副教授，研究方向?yàn)榻o排水科學(xué)與工程。