科学新突破！水中的微塑料也可以这样清除

淡水是人类生存的宝贵资源，滋养万物生长，维持生态系统平衡。然而，随着人口的增长、工业的发展和气候的变化，淡水资源的短缺已经成为世界上最严峻的考验之一。

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在淡水资源短缺的同时，一种名为微塑料的污染物悄然出现。微塑料不仅很难被传统的污水处理设备阻挡，而且很容易通过土壤颗粒对地下水资源造成严重的污染。在淡水资源短缺和微塑料污染的多重影响下，淡水资源的“防御战”已经开始。

微塑料是什么，它的来源是什么？

微塑概念可以追溯到 2004 2008年，英国普利茅斯大学的研究人员在《科学》（Science）一篇关于海洋水质和沉积物中塑料碎片的文章在杂志上发表，首次提出了“微塑料”的概念。

微塑是指直径小于 5 Mm塑料碎片和颗粒，是各种形状的不均匀塑料颗粒结合体，很难通过人眼识别。微塑在水中大量聚集，被形象地称为“海中” PM2.5 "。

2018年，微塑料在环境中广泛存在， 2019年，研究人员在马里亚纳海沟发现了微塑料碎片； 2008年，微塑料出现在珠穆朗玛峰附近的积雪中。大量微塑料的出现对生态环境和健康构成了极大的威胁。

根据来源的不同，微塑料分为初生微塑料和次生微塑料。

初生微塑料主要用作化学原料或添加剂，如化妆品中所含的微塑料颗粒(微珠)，以及塑料颗粒和树脂颗粒作为化学原料。另外，洗衣时衣物纤维脱落，塑料包装材料分解等工艺也会带来微塑料。

由于大型塑料废弃物在环境中经过物理、化学和生物过程逐渐粉碎而形成的次生微塑料。这些过程包括损坏、紫外线辐射、冻融和降解。这些微塑料通过废水处理厂的排放和河流的运输进入自然环境，对人类健康构成威胁。

有什么方法可以处理微塑料？

当前，微塑料的处理工艺主要包括物理分离、化学降解和降解。

微塑料主要通过筛选、过滤等方式与其它物质分离，常用于废水、海水等水体中的微塑料处理。物理分离技术可以快速将微塑料从水中分离出来，操作方便，易于实施。但是这种方法去除效率低，很难去除纳米其他微塑料。

在特定条件下，化学降解利用化学药物将微塑料进一步分解成小分子，常用于固体废物、废水中的微塑料处理。这种方法可以将微塑料完全分解成小分子，适用于各种类型的微塑料处理。但化学物质的应用成本较高，使用不当也可能对环境造成二次污染。

降解是一种环保绿色的处理方法。微塑料被微生物降解成气体、水和对生物体无害的物质。这种方法广泛应用于土壤和水中的微塑料处理。微塑料分解时，降解法对环境影响不大，但降解速度相对较慢，降解过程受环境因素影响较大，难以准确控制。

"一石二鸟""：生产淡水 清除微塑料

2024 年 7 月 19 日本，中国科学家在《自然》中 - 通讯》（Nature Communications）该期刊发表了一个太阳能蒸发平台，通过高效界面。（ISEP）去除水中微塑料的研究成果。这个挥发平台可以在生产淡水的同时去除水中的微塑料。

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高效率淡水生产能力

水蒸气平台是淡水生产的基础，它将光能转化为热能，促进水分蒸发，达到降低水中离子浓度的效果。

在实验过程中，研究人员使用商业碳毡作为基础材料，制作了水蒸发平台。碳毡是一种三维材料，具有高光热转换效率和亲水多孔材料。该材料可以将吸收的太阳能转化为热能，其多孔材料有利于水分的快速传递和挥发，大大提高了淡水的生产效率。

实验结果表明，3D太阳能蒸发平台(3D-ISEP）在 1 在太阳光照度下，蒸发速率为 2.10 千克(每平方米一小时)，是纯水蒸发速率。 4.5 倍，而且在不同的溶液(不同的溶液) pH 在价值、微塑料浓度和尺寸等方面都表现出稳定的挥发性能。

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强大的微塑料清除能力

研究人员通过嫁接方式将聚乙烯亚胺（PEI）碳毡表面负荷，准备了“碳毡” - 聚乙烯亚胺（CP-PEI）"复合材料。聚乙烯亚胺富含氨基团，具有良好的微塑料吸附能力，赋予复合材料去除水中微塑料的能力。

试验结果表明，使用碳毡 - 聚乙烯亚胺（CP-PEI）“复合材料构建的水蒸发平台 1 一个太阳光照度下，经过 6 在一小时内，微塑料的去除率达到 100%。即使在黑暗的环境中，这个蒸发平台仍然有 18% 微塑料去除率。

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挥发性平台生产的淡水可以直接饮用

研究人员设计的太阳能水蒸发平台提供了“双赢”的解决方案，解决了淡水资源短缺和水资源被微塑料污染的多重问题。在真实的海水环境中，太阳能蒸发平台不仅可以有效去除海水中的微塑料和颗粒，还可以显著降低离子浓度，其凝结水可以达到世界饮用水标准。

结语

微塑料已经成为国际社会广泛关注的四大新污染物之一。它们在水中的聚集不仅对环境造成了很大的污染，而且对我们的身体也有慢性危害。去除水中的微塑料迫在眉睫。让我们从一点一滴开始，用科技力量打败淡水资源短缺和水污染带来的挑战。

参考文献

[ 1 ] Yu, Z., Li, Y., Zhang, Y. et al. Microplastic detection and remediation through efficient interfacial solar evaporation for immaculate water production [ J ] . Nature Communications, 2024.

[ 2 ] Richard C. Thompson et al. Lost at Sea: Where Is All the Plastic [ J ] ? Science, 2004.

[ 3 ] 周倩 , 章海波 , 李远 , 等 . 微塑料污染及其生态效应在海岸环境中的研究进展 [ J ] . 科学通报 , 2015.

[ 4 ] 孙晓霞 . 海洋微塑生态风险研究的进展与展望 [ J ] . 地球科学进步 , 2016.

策划制作

生产中国科普产品

作者丨石畅 物理学博士

制片人|中国科普博览会

董娜娜负责编辑

审校丨徐来 林林

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