论文部分内容阅读
微塑料作为环境中的一种新兴污染物,由于具有较大的比表面积、容易吸附环境中的有机污染物,从而引起了广泛的关注。水环境中的微塑料颗粒可以携带污染物在水环境中迁移转化,不仅影响污染物在环境中的归趋,还有可能产生复合污染,因此,研究微塑料在水环境中对有机污染物的吸附具有重要的意义。本研究选取了两种常见的商品化微塑料聚乙烯（PE）、氯化聚乙烯（CPE）为研究对象,研究它们在淡水和海水环境下对13种有机污染物（萘、2,4-二硝基氯苯、硝基苯1,3-二硝基苯、2,4-二氯苯酚、2,4-二硝基甲苯、1,2,3-四氯苯、三唑酮、噻虫胺、菲、2-硝基甲苯、4-硝基甲苯和三环唑）吸附能力,分别获得有机污染物在在淡水和海水环境中的平衡分配系数（Kd）值。同时结合文献中收集到的其它污染物在微塑料上的Kd值,应用逐步多元线性回归的方法分别构建了49种有机污染物在淡水环境下和50种有机污染物在海水环境下被PE微塑料吸附的QSAR模型,以及13种有机污染物分别在淡水和海水环境下被CPE微塑料吸附的QSAR模型。具体结论如下:（1）无论是淡水还是海水环境下,PE和CPE两种微塑料对13种有机污染物的吸附能力表现出来的趋势是:多环芳烃和有机氯化合物＞硝基芳烃类化合物＞三种杀虫剂（三环唑、三唑酮和噻虫胺）。两种多环芳烃（萘和菲）和一种有机氯化合物（1,2,3,4-四氯苯）在两种微塑料表面表现出较强的吸附性,淡水环境下这三种有机污染物的log Kd值在2.93-4.83之间,海水环境下在2.81-4.10之间,比其它的有机物大,说明在水环境中疏水性有机物比亲水性有机物更容易被微塑料吸附。（2）在两种水环境中,疏水性较大的3种有机污染物（萘、菲和1,2,3,4-四氯苯）相对于PE微塑料而言更容易被CPE微塑料吸附,通过微塑料结构表征结果发现两种微塑料结晶度上的差异可能是它们吸附能力差异的主要影响因素。CPE微塑料的结晶度低于PE微塑料,对于疏水性较大的有机污染物来说,微塑料结晶度越低越有利于有机污染物的吸附。对于疏水性较低的有机污染物来说,结晶度影响就不明显,因此两种微塑料对于他们的吸附差异不大。（3）采用逐步多元线性回归方法分别建立了淡水和海水条件下有机污染物在PE微塑料表面平衡分配系数（log Kd）的QSAR模型,模型的决定系数R~2在0.859-0.876之间,说明模型具有较好的拟合优度;模型的交叉验证系数Q~2在0.770-0.856之间,说明模型具有较高的稳定性;验证集的拟合优度R~2ext在0.744-0.921之间,说明模型具有较好的预测能力。在淡水条件下,PE微塑料对有机污染物吸附能力的大小取决于有机污染物的疏水性参数(log Kow)和过量分子摩尔折射率（E）,疏水性越强的有机污染物越容易被微塑料吸附。模型的自由度（df）为2,p＜0.001;海水环境中微塑料对有机污染的吸附除受疏水性参数(log Kow)影响外,还受化合物极性/极化率（S）的影响。模型的自由度（df）为2,p＜0.001。（4）分别建立了CPE微塑料在淡水和海水环境下吸附有机污染物的QSAR模型,淡水环境下模型参数为R~2=0.794,Q~2LOO=0.567,Q~2BOOT=0.822,R~2ext=0.993,df=1,p＜0.01;海水下的模型参数为R~2=0.905,Q~2LOO=0.847,Q~2BOOT=0.823,R~2ext=0.900,df=1,p＜0.001。由模型统计参数可以看出两种水环境条件下的模型都具有良好性能。此外,无论是淡水还是海水条件,log Kow都是影响有机污染物在CPE吸附最主要的因素,正的相关系数表明有机污染物疏水性越大,在CPE微塑料上的吸附就越多。QSAR模型的统计学参数表明本研究所构建的QSAR模型无论在拟合优度还是在预测能力上都表现出较好的稳健性,可以为有机污染物在淡水和海水环境条件下被微塑料吸附预测提供科学依据。