论文标题：Utilization of Bubbles and Oil for Microplastic Capture from Water

期刊：Engineering

DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.01.021

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微塑料污染已成为全球环境的一大挑战，每年约有875万吨塑料进入海洋，这些塑料分解后形成的微塑料（粒径小于5毫米）广泛存在于全球水系中，从马里亚纳海沟到饮用水，无处不在。微塑料不仅对海洋生态系统构成威胁，还可能通过食物链影响人类健康。然而，传统的过滤技术对微塑料的去除效率较低，且存在二次污染的风险。一项发表在中国工程院院刊《Engineering》上的研究提出了一种利用气泡和植物油从水中捕获微塑料的新方法，该方法简单高效，去除效率可达98%以上。

研究团队由英国纽卡斯尔大学和香港城市大学的科学家组成，他们通过实验发现，使用带有气泡的植物油可以从水中高效捕获微塑料。实验中，研究人员将10毫升植物油滴加到含有微塑料的水面上，通过多孔石产生恒定且密集的细小气泡流，气泡会将微塑料带到水面上的油层中。实验结果显示，对于密度小于水的微塑料（如低密度聚乙烯和聚丙烯），去除效率可达100%；而对于密度大于水的微塑料（如尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚氯乙烯），去除效率也达到了98%左右。这一方法的关键在于气泡的搅拌作用较小，不会破坏油层，从而避免了油释放到水相中，解决了传统方法中可能出现的二次污染问题。

图1 （a）实验过程展示了微塑料捕获的方法，其中气泡诱导微塑料与油层混合，同时确保油层保持在一个均匀的位置。（b）使用油和气泡的微塑料捕获过程包括两条路径：（图中左侧）当微塑料与气泡碰撞、附着和分离时，浮选作用使微塑料向上移动；（图中右侧）气泡产生的向上流动使微塑料流向油层。

研究人员还对微塑料的粒径分布进行了研究。实验中使用的微塑料粒径分布在50微米到200微米之间，结果表明，在微米范围内，微塑料的粒径对去除效率的影响较小。而对于毫米级的微塑料（500微米到5000微米），去除效率可达100%。此外，该方法在捕获微纤维时也表现出色，实现了超过99%的高去除效率。这表明，该方法不仅适用于微小颗粒的去除，也能有效处理较大尺寸的微塑料。

研究还探讨了油量和水的盐度对微塑料捕获效率的影响。实验发现，随着油量的增加，捕获密度较大的微塑料的比例也相应增加。当油层完全覆盖水面时，去除效率最高。此外，研究人员模拟了海水条件，发现该方法在淡水和海水中均能有效去除微塑料，去除效率没有明显差异。这表明，该技术不仅适用于淡水环境，也适用于海洋环境。

该研究的另一重要发现是微塑料在油层中的保留能力。实验中，油层在三周后仍能保留99.96%的微塑料，而当没有油层时，只有57.9%的微塑料被保留。这一结果突显了油层在微塑料捕获中的关键作用，不仅能高效捕获微塑料，还能防止其重新回到水中。

研究团队指出，该方法的核心在于利用微塑料的亲油性和疏水性行为，通过气泡的作用将微塑料带到水面上的油层中。与传统的泡沫浮选不同，该方法不需要添加化学试剂，也不会因气泡破裂而导致微塑料重新回到水中。此外，该方法对微塑料的粒径和密度适应性较强，能够有效捕获不同尺寸和密度的微塑料。

该研究还提出，该方法可以作为一种被动和连续的微塑料捕获技术，应用于多种环境类型。例如，在家庭用水、工业用水和海洋环境中，该技术都可以作为一种有效的微塑料去除手段。研究团队强调，该方法不仅高效、环保，还具有经济可行性。与传统的膜过滤技术相比，该方法避免了膜污染和破损的问题，降低了运行成本。同时，该方法使用的植物油是一种可再生资源，具有良好的环境友好性。

这项研究为微塑料污染的治理提供了一种新的思路和方法。通过利用气泡和植物油的协同作用，可以高效、环保地去除水中的微塑料，为保护全球水资源和生态环境提供了有力的技术支持。未来，该技术有望在更多的实际场景中得到推广和应用，为解决微塑料污染问题贡献一份力量。

论文信息：

Joshua Saczek, Xiaoxue Yao, Vladimir Zivkovic, Mohamed Mamlouk, Steven Wang, Stevin S. Pramana. Utilization of Bubbles and Oil for Microplastic Capture from Water. Engineering, 2024, 41(10): 74-87. DOI:10.1016/j.eng.2023.01.021

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