Photoaging of Typical Microplastics as Affected by Air Humidity: Mechanistic Insights into the Important Role of Water Molecules

微塑料 化学 光老化 吸附 光化学 傅里叶变换红外光谱 相对湿度 环境化学 湿度 分子 化学工程 有机化学 工程类 物理 热力学 生物 遗传学
作者
Chao Wang,Sijia Liang,Lihua Bai,Xinyue Gu,Xin Jin,Yong Sik Ok,Cheng Gu
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:57 (14): 5967-5977 被引量:25
标识
DOI:10.1021/acs.est.2c08571
摘要

Recent studies showed that land is the most important sink for microplastics (MPs); however, limited information is available on the photoaging processes of land surface MPs that are exposed to the air. Herein, this study developed two in situ spectroscopic methods to systematically explore the effect of air humidity on MP photoaging using a microscope of Fourier transform infrared spectroscopy and a laser Raman microscope, which were equipped with a humidity control system. Polyethylene microplastics, polystyrene microplastics, and poly(vinyl chloride) microplastics (PVC-MPs) were used as model MPs. Our results showed that relative humidity (RH) could significantly influence the MP surface oxygen-containing moieties generated from photo-oxidation, especially for PVC-MPs. As the RH level varied from 10 to 90%, a decrease in the photogenerated carbonyl group and an increase in the hydroxyl group were observed. This could be attributed to the involvement of water molecules in the production of hydroxyl groups, which subsequently inhibited carbonyl generation. Moreover, the adsorption of coexisting contaminants (i.e., tetracycline) on photoaged MPs exhibited strong RH dependence, which could be assigned to the varied hydrogen bonding between tetracycline carbonyls and aged MP surface hydroxyls. This study reveals a ubiquitous but previously overlooked MP aging route, which may account for the changed MP surface physiochemical properties under solar irradiation.
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