东华大学杨建平教授、王华平教授团队《Adv. Sci.》综述：如何构建无微塑料环境 - 发展微塑料降解和塑料回收策略

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作为一种新兴环境污染物，微塑料（Microplastics, MPs）正在引起公众的关注。微塑料是指粒径小于5 mm的塑料碎片，可分为初级微塑料和次级微塑料。初级微塑料由直接生产得到的塑料微粒或碎片，大多用于个人护理产品添加剂。合成纤维制品在洗涤时也会脱落产生大量的初级微塑料。次级微塑料主要是丢弃在环境中的管理不善的塑料废弃物在阳光、风、微生物等环境因素的共同作用下，不断通过物理或化学途径崩解而产生。目前的研究表明，大量的环境样本（海水、泥沙沉积物、土壤、食盐、水生动植物）中都检测到了不同种类、尺寸、形态的微塑料的存在。由于微塑料尺寸小、数量大，且不易降解，极易被生物误食并在生物体内滞留和富集。有毒添加剂（增塑剂、阻燃剂等）的浸出也会进一步毒害生物体。此外，微塑料因其比表面积大、疏水性好，可以携带并富集环境中的重金属、持久性有机污染物以及病原体，使其被生物体吞食后造成更大的潜在风险。在食物链的传递作用和富集作用下，微塑料对于生物体的危害会不断扩散和增高，因此学者关于环境微塑料对生物体的风险评估在逐步升级。

近日，东华大学杨建平教授与王华平教授团队，在《Advanced Science》期刊撰写了题为“How to Build a Microplastics-Free Environment: Strategies for Microplastics Degradation and Plastics Recycling”的综述论文。

图1. 微塑料的产生路径及构建无微塑料环境的设想

针对目前环境中已存在的大量微塑料及其潜在来源（管理不善的塑料废弃物），文章全面总结了目前的微塑料去除技术和塑料回收技术，并重点讨论了这些技术的机理、优势和局限性。基于此，作者提出了构建无微塑料环境的两大方向：（1）采用化学或生物降解技术将高分子量的微塑料降解为环境友好的小分子产物以及二氧化碳和水；（2）采用化学回收策略将塑料废弃物升级改造成聚合物单体、燃料以及其他精细化学品。

图2. 目前微塑料去除技术关键性能参数的全面对比

图3. 目前塑料回收技术关键性能参数的全面对比

文章最后探讨了如何构建无微塑料环境的未来展望：

1）发展微塑料的鉴别和定量方法不但可以区分和检测环境中的微塑料，而且合理的微塑料表征方法有助于深入理解微塑料在自然环境和催化降解过程中的降解行为。

2）发展生化降解策略将微塑料降解成环境友好或具有附加价值的小分子或附加价值化学品将在未来发挥重要作用。此外，不同技术的联用有望发挥其协同作用，实现微塑料的快速降解和产物选择性的优化。

3）合理的塑料废弃物回收策略可以有效削减微塑料的潜在来源。可以考虑采用微波、等离子体、和高级氧化等先进技术优化现存的传统塑料回收策略，通过过程工程降低反应能耗并优化反应路径和产物选择性。最终在温条件下实现塑料废弃物的高效回收。

4）催化剂在塑料转化为高附加价值产品的过程中起着重要的作用。今后的发展中，合理设计基于界面工程的双功能位点催化剂，选择性吸附并原位催化转化某些中间体有望进一步优化提高产物的选择性。

5）生物可降解聚合物的设计也非常关键。在不影响性能的前提下，可以尝试将无机或者有机单元引入聚合物骨架中作为降解的开关，并在特定条件下诱导和加速塑料的降解。需要注意的是，生物可降解塑料的生产和废弃需要受到严格的监管。否则，具有更快的微塑料释放速率的生物可降解塑料丢弃在环境中将在短期内加剧微塑料污染。

论文第一作者为东华大学材料科学与工程学院博士生陈俊良，通讯作者为东华大学乌婧副教授、王华平教授、杨建平教授，参与作者包括澳大利亚墨尔本大学Peter C. Sherrell博士、澳大利亚伍伦贡大学Jun Chen教授、同济大学张伟贤教授。上述工作得到了中央高校基本科研业务费、上海市“科技创新行动计划”自然科学基金原创探索项目、国家自然科学基金、东华大学纤维材料改性国家重点实验室等基金的资助。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202103764

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