一、概念
塑料因其低成本、耐用性、方便性被广泛应用于当代的日常生活、农业、畜牧业和航空航天的各个领域。据报道，截至2015年，全球大约产生了63亿塑料垃圾，环境中累积了约49 亿t塑料垃圾。研究表明，由于塑料垃圾长期暴露于自然环境中，经过风吹、日晒、微生物作用和水体腐蚀等自然因素老化，最终塑料粒径变小，形成微/纳米塑料。在自然界几乎所有水体中都检测到微/纳米塑料的存在，尤其是越靠近人类活动的地方，微塑料的浓度越大。微塑料在自然界的存在多为初级微塑料，经过自然老化形成次生微塑料。次生微塑料包括毫米、微米和纳米级的微塑料。微/纳米塑料由于其特殊的表面形态，可与多种污染物，如与金属、微生物和病毒等，发生相互作用，有研究报道微塑料可以吸附新型冠状病毒。尤其是，微/纳米塑料表面的含氧官能团容易吸附水体中其他溶解性有机污染物，比如抗生素、多氯联苯和多环芳烃。
抗生素具有抑菌、杀菌作用，被广泛应用于人类和动物医学中。由于其价格低廉，存在滥用现象，而污水处理厂没有相关配套处理措施，使得大量抗生素随人和动物的排泄物最终排入水体中。作为一种新型污染物，抗生素不仅对非靶生物存在潜在不利影响，还可能会选择自然界中耐抗生素的基因，形成超级细菌，影响人类生存和社会发展。研究表明，受污染水体中的微/纳米塑料可能是抗生素的载体，与有机污染物结合会增强其毒性。因此，微/纳米塑料和抗生素的相互作用机制及环境行为，引起人们的广泛关注。
二、微/纳米塑料与抗生素的相互作用
微/纳米塑料对抗生素的吸附取决于2种污染物的性质，如疏水性、亲水性是其主要结合机制。疏水性是微/纳米塑料与疏水有机污染物相互作用的主要因素，一般来说，疏水性强的有机污染物更容易被吸附在微塑料表面。如原始聚苯乙烯(PS)颗粒对3种多环芳烃污染物(菲、萘和芘)的吸附作用远大于对3种抗生素(泰乐菌素、磺胺甲嘧啶和红霉素)的吸附作用，原因是这3 种多环芳烃污染物属于疏水性有机物，抗生素为亲水性有机物。抗生素作为另一类典型的持久性有机污染物，其中包括了许多亲水性污染物，氢键、疏水相互作用、π-π相互作用、范德华力和静电相互作用是抗生素与微/纳米塑料之间的主要结合机制。
一般地，微/纳米塑料对抗生素的吸附强度可用抗生物在微/纳米塑料和水之间的平衡分配系数(Kd)来表征。微/纳米塑料老化以后表面形成的含氧官能团如一OH、一COOH 等,使其与周围水分子形成氢键氢键的形成提高了微/纳米塑料对亲水性抗生素类污染物的吸附效果。而疏水性有机物很难与水分子形成氢键,从而降低其被微/纳米塑料吸附的效果。
微/纳米塑料和抗生素吸附机理图
三、微/纳米塑料性质对微塑料与抗生素相互作用的影响
1、微/纳米塑料种类的影响
不同类型的微/纳米塑料具有不同的分子结构和功能基团,这可能导致微/纳米塑料与抗生素之间的相互作用机制不同,从而影响微/纳米塑料与污染物之间的吸附效果。
2、微/纳米塑料粒径的影响
微/纳米塑料的粒径,团聚作用和形态同时决定了微/纳米塑料对抗生素的吸附能力。一般来说,微/纳米塑料的比表面积随着粒径的减少而增大,可提供的吸附位点增多,吸附能力就越强。纳米PS的吸附能力远高于微米 PE,这归因于纳米PS拥有更大的比表面积。
3、微/纳米塑料老化程度的影响
微/纳米塑料进入环境之后必然会经历老化的过程,所以研究在各种条件下老化的微/纳米塑料与抗生素类有机污染物的环境行为是必要的。据报道,微/纳米塑料进入环境后,在光、氧、高温和环境活性介质的作用下会发生加速老化,这将极大地改变常见微塑料的表面形貌,出现大量褶皱、碎片和沟壑,也会改变其微观结构,出现碳碳双键、羧基、醛基以及羟基等官能团,还会改变微/纳米塑料的结晶度及表面电位,最终导致环境行为的改变。微/纳米塑料随着老化程度的增加,结晶度降低。以往研究表明,结晶度低的微/纳米塑料可以吸收更多的疏水有机污染物。目前对微/纳米塑料老化的研究主要是在定性方面,例如在海水、空气、化学药剂、紫外光照、高温下的老化。
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