自然界对微塑料自净化的奥秘——冰中微塑料的超常规降解

人类对20世纪最伟大发明之一——塑料的大量使用，导致了微塑料这种颗粒极小、极难降解且在环境中大量扩散的新型污染物。研究表明，随着人类活动和自然运输的影响，这些极难降解的微塑料最终会汇集于深海的海沟及极地海冰中。由于低温对化学反应的抑制作用，因此极地海冰通常被认为是微塑料汇集的“死胡同”。

近日，中南大学柴立元院士（点击查看介绍）团队的林璋教授（点击查看介绍）研究小组，以典型的微塑料聚苯乙烯（PS）为对象，发现了微塑料在冰中的反常加速降解现象。与常规认知的低温抑制化学反应过程相反，该工作发现冰中的微塑料在短时间内（36 h）即可发生明显的氧化降解。对比以往报道中的自然降解过程，微塑料在冷冻条件下48天即可达到自然水体中30-70年的降解效率。在体系中进一步充入氧气的情况下，微塑料的冷冻降解效率甚至优于大部分人工的高级氧化处理法。

机理研究表明，冷冻引发的微塑料在晶间过冷水中的浓缩及挤压效应是微塑料加速降解的关键。首先，冰晶形成过程中的排杂效应使得微塑料PS被浓缩到微米级的晶间过冷水中。其次，冰晶界的限域空间导致PS被聚集挤压，从而引起PS自激发敏化形成高活性的三线态³PS^*。³PS^*进一步活化被浓缩在晶间水中的分子氧，产生高活性的单线态氧自由基（¹O₂），最终通过自由基氧化反应引发PS的加速降解。

该工作阐明了一种从未被发现过的微塑料污染物的环境降解新机制，启发了一种利用冷冻降解处理微塑料污染物的新途径，揭示了地球如何利用冰封大地的“化学反应静默期”继续从事污染物自净化工程的神奇奥秘。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Accelerated Degradation of Microplastics at the Liquid Interface of Ice Crystals in Frozen Aqueous Solutions

Chen Tian, Jiaxin Lv, Wenchao Zhang, Han Wang, Jin Chao, Liyuan Chai, Zhang Lin

Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202206947

导师介绍

林璋

中南大学教授

国家重金属污染防治工程技术研究中心副主任

广东省固体废物污染控制与资源化重点实验室主任

英国皇家化学学会期刊Environ. Sci.: Nano副主编

爱思唯尔期刊Eco Environmental & Health副主编

英国皇家化学学会会士（Fellow of the Royal Society of Chemistry，FRSC）

中国重金属污染防治专业委员会副主任委员

地址：湖南省长沙市岳麓区中南大学（410083）

联系电话：13044258136

电子邮箱: zhang_lin@csu.edu.cn 

研究方向

长期从事重金属污染控制化学研究，致力于解决污染控制工程中的科学问题。研究方向主要包括：1) 表界面调控晶体生长理论在危废中重金属深度提取和分离中的应用研究；2) 纳米技术对水中低浓度重金属的深度提取及富集理论；3) 新材料对工业二氧化碳废气的能源化转化；4) 地质微生物对重金属的转化及成矿固定原理。近年来承担国家重点研发项目、国家自然科学基金重点项目、中科院先导A、国家杰出青年科学基金等重要科研任务20余项。在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem., ES&T, Nano Lett., Nat. Commun., Small, PNAS, Joule等期刊共发表 SCI 论文 240余篇，SCI引用8400余次。已授权发明专利50余项，其中 PCT专利10余件。并结合污染控制创新理论与行业实际需求，完成了多项工程案例，受到了同行专家的高度认可。

林璋

https://www.x-mol.com/university/faculty/53895 

柴立元

https://www.x-mol.com/university/faculty/292367