微塑料農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：塑料制品在環境中老化后，表面特征也會發生變化，并對其生物毒性產生很大的影響。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膜的紅外吸收光譜，研究塑料農膜老化過程中表面官能團的變化特征。研究發現塑料農膜表面在老化過程中發生氧化，并吸附了農藥等物質，增加了塑料農膜的生態風險。

關鍵詞：塑料農膜;老化;紅外光譜;生態風險

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

塑料農膜在農業生產中被廣泛使用，自然的風力、雨淋與陽光輻射會使塑料農膜發生老化，甚至碎裂成粒徑小于5 mm的微塑料。微塑料在環境中持久存在，不僅會抑制植物生長、改變相關微生物酶活性并增加生物死亡率，還可在生物體內累積，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積累，并產生更高的生物毒性，這可能與塑料老化過程中表面官能團的變化有關。因此本文采用傅立葉變換紅外光譜的表征方法，研究塑料農膜老化過程中表面官能團的變化特征。

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 實驗方法

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業生產大棚上使用過的老化農膜，對照樣品是從當地商店購買的未使用過的塑料農膜。

將老化農膜樣品及未使用過的塑料農膜剪為1 cm×1 cm的小塊，再分別將樣品轉移到1 L燒杯中，加入飽和NaCl溶液并用玻璃棒充分攪拌2～3 min，震蕩搖勻，密封靜置24 h后取上層液體;每個樣品重復浮選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質[1]。靜置24 h后，將燒杯中的液體用1 mm篩網過濾，觀察前將濾膜儲存在培養皿中避光保存[2]。

1.2.2 樣品的紅外檢測

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

2 結果和分析

對照農膜樣品與老化農膜樣品的紅光光譜圖如圖1所示。塑料農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）出現了振動峰，并在在729 cm-1和718cm-1（νCH2）處出現了雙振動峰等特征譜，推測農膜的主要成分為聚乙烯。此外，老化后的塑料農膜在500cm-1左右出現許多雜峰，在1 000～1 200cm-1出現了強吸收峰，可能為C-O鍵等氧化官能團的吸收峰，推測為醚、脂肪族、芳香族等物質[3]，這可能是因為塑料農膜表面在老化過程中被氧化或吸附了外來農藥等物質，這些均會增加塑料農膜的生物毒性。

3 結論與展望

本研究結果表明，塑料農膜在老化過程中表面結構、基團組成和性質發生了顯著的變化。由于老化塑料表面存在氧化官能團，并吸附了農藥、抗生素等有機污染物，對環境和人體健康均會產生很大的威脅。因此，老化后的塑料農膜應及時回收，經適當處理后再利用，而不能使其碎裂殘留在環境中，對環境造成污染。

參考文獻

[1]張耀丹，李錫鵬，王旭，等.釜溪河沉積物微塑料顆粒調查分析的研究[J].四川環境，2019，38（2）：46-52

[2]羅雅丹，林千惠，賈芳麗，等.青島4個海水浴場微塑料的分布特征[J].環境科學，2019，40（6）：2631-2638.

[3]周倩，章海波，周陽，等.濱海河口潮灘中微塑料的表面風化和成分變化[J].科學通報，2018，63（2）：214-224.

[4]王元元，李先國，張大海.沉積物中微塑料的提取方法研究[J].世界科技研究與發展，2016，38（01）：105-109.

收稿日期：2020-06-01

基金項目：南京林業大學大學生創新訓練計劃項目（2019NFUSPITP0464）。

作者簡介：高山雪（1999-），女，漢族，本科學歷，研究方向為給排水科學與工程。

通訊作者：陳蕾（1985-），女，漢族，博士，副教授，研究方向為給排水科學與工程。