人類對20世紀最偉大發(fā)明之一-塑料的大量使用，導致了微塑料這種顆粒極小、極難降解且在環(huán)境中大量擴散的新型污染物。研究表明，隨著人類活動和自然運輸?shù)挠绊?，這些極難降解的微塑料最終會匯集于深海的海溝及極地海冰中。由于低溫對化學反應(yīng)的抑制作用，因此極地海冰通常被認為是微塑料匯集的 “死胡同”。 近日，中南大學柴立元院士團隊的林璋教授研究小組，以典型的微塑料聚苯乙烯（PS）為對象，發(fā)現(xiàn)了微塑料在冰中的反常加速降解現(xiàn)象。與常規(guī)認知的低溫抑制化學反應(yīng)過程相反，該工作發(fā)現(xiàn)冰中的微塑料在短時間內(nèi)（36 h）即可發(fā)生明顯的氧化降解。對比以往報道中的自然降解過程，微塑料在冷凍條件下48天即可達到自然水體中30-70年的降解效率。在體系中進一步充入氧氣的情況下，微塑料的冷凍降解效率甚至優(yōu)于大部分人工的高級氧化處理法。
機理研究表明，冷凍引發(fā)的微塑料在晶間過冷水中的濃縮及擠壓效應(yīng)是微塑料加速降解的關(guān)鍵。首先，冰晶形成過程中的排雜效應(yīng)使得微塑料PS被濃縮到微米級的晶間過冷水中。其次，冰晶界的限域空間導致PS被聚集擠壓，從而引起PS自激發(fā)敏化形成高活性的三線態(tài)3PS*。3PS*進一步活化被濃縮在晶間水中的分子氧，產(chǎn)生高活性的單線態(tài)氧自由基（1O2），最終通過自由基氧化反應(yīng)引發(fā)PS的加速降解。 該工作闡明了一種從未被發(fā)現(xiàn)過的微塑料污染物的環(huán)境降解新機制，啟發(fā)了一種利用冷凍降解處理微塑料污染物的新途徑，揭示了地球如何利用冰封大地的“化學反應(yīng)靜默期”繼續(xù)從事污染物自凈化工程的神奇奧秘。 論文信息 Accelerated Degradation of Microplastics at the Liquid Interface of Ice Crystals in Frozen Aqueous Solutions Dr. Chen Tian,Jiaxin Lv,Prof. Wenchao Zhang,Dr. Han Wang,Jin Chao,Prof. Liyuan Chai,Prof. Zhang Lin 文章的第一、第二作者分別是中南大學的田晨副教授和華南理工大學的博士研究生呂嘉欣。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202206947
