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nature communications：通过协同电泳沉积和颗粒稳定泡沫形成有效去除工业废水中的纳米塑料
该研究探讨了电泳沉积和颗粒稳定泡沫形成过程中的协同作用及其去除机制，通过功能化有羧酸基团的纳米塑料系统进行实验。我们发现该过程具有多样性，并能应用于处理工业废水，尤其是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）纳米塑料废水。PMMA广泛用于替代玻璃，但其生产过程产生大量含有聚合物颗粒的废水，这些废水处理不当会对环境和水生生物造成严重影响。
结果讨论：
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图1 | 纳米塑料从水环境中的电泳分离
文章采用电解池来研究纳米塑料从水环境中分离的过程（图1a）在ePhoam过程中，两种不同的机制共同作用以从水相中分离PMMA纳米塑料颗粒。首先，电泳沉积（EPD）使带负电的颗粒迁移并沉积到阳极上，类似于其在涂层技术中的经典应用（图1a, b）。其次，颗粒吸附到通过电化学水分解在阳极形成的氧气气泡界面上（图1a, c）。因此，形成了颗粒稳定泡沫，从而去除了分散液中的颗粒。实验表明，在没有颗粒、气体或pH变化的情况下，无法形成颗粒稳定泡沫，证明了局部pH变化在泡沫形成中的关键作用。
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去除效率随时间和电压变化：
颗粒稳定泡沫的形成：
去除效率：
泡沫量和稳定性：
实验条件选择：
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图3 | 电极对纳米塑料分离过程的影响。
电极设计在电化学应用中至关重要，影响电子转移的动力学和热力学、工艺稳定性以及气泡的成核和生长。网状电极提供更高的表面积，降低了过电位和热量生成。DSA电极（由镀有IrO2的钛基底组成）具有高催化活性、低过电位，且耐阳极腐蚀和机械稳定，表现出优越性能。网状DSA电极在短时间内产生大量泡沫，去除效率高，不会释放离子，避免电凝聚现象。通过循环操作移除电极表面的泡沫，确保高效性能并防止钝化层形成。使用网状DSA电极，第一次循环去除91%的纳米塑料颗粒，平板DSA电极去除70%，不锈钢电极去除42%；多次循环后，不锈钢电极去除75%，网状DSA电极去除98%。网状DSA电极产生的气泡最小（81 µm），数量最多（56个气泡/mm²），提高了纳米塑料颗粒的捕获和去除效率。![]()
图4 | 用ePhoam法去除不同材料和表面性质的纳米塑料模型颗粒
通过ePhoam工艺对一系列不同材料和表面性质的模型分散体进行了实验，展示了该方法的多样性。羧酸功能化和磺酸盐功能化的聚苯乙烯（PS）纳米塑料分散体在不同电压和操作循环下均表现出高去除效率，分别达到96%和92%。带正电荷的脒功能化PS纳米塑料颗粒在阴极形成沉积膜和颗粒稳定泡沫，同样表现出良好的去除效率。聚（丁基甲基丙烯酸酯）（PBMA）分散体由于其较低的玻璃化转变温度，在操作过程中形成不稳定泡沫，去除效率相对较低，为63%。这些实验表明，ePhoam工艺可以通过调整工艺条件，适用于不同的材料和表面性质，实现高效的纳米塑料颗粒去除。![]()
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图6|ePhoam工艺在不同工业产品和工艺产生的废水中的应用
纳米塑料由于其尺寸微小，能够渗透并破坏生物体内的细胞，可能对生态系统造成更大的影响。它们的微小尺寸使得去除变得困难，区别于微塑料。该文介绍了一种通过电泳沉积和颗粒稳定泡沫形成的协同方法来去除废水中胶体稳定的纳米塑料。这种方法利用水电解在电极表面产生的pH波动引起颗粒亲水性的局部变化，增强颗粒与电极附近新生气泡的附着，从而实现胶体颗粒从水分散体中的分离。使用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）胶体颗粒作为模型，深入研究了分离机制，并将其应用于具有不同表面特性和材料的替代模型系统，以及实际工业废水中的分散涂料和PMMA制造过程。研究表明，去除效率超过90%。
文章回顾
=》Environmental Research：新冠疫情大流行的环境影响：在周围环境影响下口罩释放出的微塑料、有机污染物和微量金属
=》富铁水生环境中溶解有机物介导的微塑料光老化机制
