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隨著塑料制品成為我們日常生活中不可或缺的一部分，它們帶來的環境問題也日益受到全球關注。塑料生產過程中會存在大量添加劑的使用，這些添加劑本身的毒性效應使其成為塑料生態風險的重要組成。了解塑料中添加劑的環境行為是評估其生態風險的前提條件，而在真實環境中，塑料中添加劑的環境行為除了被各種理化參數控制外，還可能受到生物活動的影響。近日，中國科學院水生生物研究所（以下簡稱水生所）吳辰熙團隊的一項研究，從塑料表面生物膜作用的角度出發，為塑料中鄰苯二甲酸酯類添加劑的環境行為提供了新的見解。
鄰苯二甲酸二異辛酯（DEHP）被認定為內分泌干擾物，雖然其存在嚴重的健康和生態風險，但至今仍能在大量塑料制品中被發現。有調查顯示聚氯乙烯（PVC）塑料中DEHP的最大添加量能超過60%。塑料中DEHP的釋放被認為是環境中DEHP的重要來源。而吳辰熙團隊的研究發現，在進入水環境后，塑料表面形成的自然生物膜會作為一種新生界面對塑料中DEHP向外界遷移轉化的過程產生重要影響。
研究團隊發現，在30天的實驗周期中，與無生物膜對照組相比，雖然表面生物膜的存在使水中的DEHP濃度降低了0.8到11.6倍，但卻使水中DEHP的主要降解產物——鄰苯二甲酸單乙基己酯（MEHP）——的濃度增加了2.3至57.3倍。同時，有大量的MEHP和DEHP殘留在了生物膜中。若將水中和生物膜中的DEHP及MEHP總量相加，生物膜組的總DEHP釋放量最高可達無生物膜組的73倍。大部分釋放的DEHP都殘留在了生物膜中，并被降解。此外，本研究還發現塑料中的DEHP含量以及塑料材料的厚度和制作工藝都會影響表面生物膜對DEHP釋放的作用。
該研究表明，表面生物膜可以顯著增加塑料中添加劑的釋放，與此同時，表面生物膜作為塑料與周圍環境間的新界面，又可以通過阻隔、吸附和降解等作用影響這些釋放出來的塑料添加劑在環境中的遷移轉化過程。由于進入水環境中的塑料不可避免的會被生物膜附著，因此這一新生界面的作用在真實環境中顯得尤為重要。未來的研究應致力于探索塑料添加劑在不同生物膜組成下的遷移動力學和歸宿，并評估生物膜富集塑料添加劑所帶來的生態風險。
水生所吳辰熙團隊常年致力于水環境中微塑料及其相關污染物的環境行為和生態風險研究。團隊成員熊雄副研究員長期關注重要塑料添加劑鄰苯二甲酸酯類塑化劑的環境行為，近年來評估了快遞塑料袋（Xu et al.,2020）和兒童桌墊（Zhao et al.,2023）中的塑化劑污染情況和釋放風險，研究了塑料微型化過程對塑化劑釋放的影響（Zhao et al.,2022）。本研究的成果進一步豐富了對真實環境塑料中添加劑環境行為的認識，近期以《Effect of Biofilm Forming on the Migration of Di(2-ethylhexyl)phthalate from PVC Plastics》發表在了《Environmental Science & Technology》上。趙娥博士為論文的第一作者，熊雄副研究員為論文通訊作者，該研究得到國家自然科學基金面上項目（42377400 和52070190）以及中國科學院青年創新促進會（2021339）的資助。
圖1 生物膜對塑料中DEHP釋放的影響示意圖
圖2 對照組和生物膜生長組在體系中每克塑料DEHP和MEHP的累積遷移量
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.3c09021
參考文獻：
Xu,Z. N.;Xiong,X.;Zhao,Y. H.;Xiang,W.;Wu,C. X. (2020). Pollutants delivered every day: Phthalates in plastic express packaging bags and their leaching potential. Journal of Hazardous Materials,384,121282.
Zhao,E.;Xu,Z. N.;Xiong,X.;Hu,H. J.;Wu,C. X. (2022). The impact of particle size and photoaging on the leaching of phthalates from plastic waste. Journal of Cleaner Production,367.
Zhao,E.,Xiong,X.,Hu,H.,Li,X.,& Wu,C. (2023). Phthalates in plastic stationery in China and their exposure risks to school-aged children. Chemosphere,339,139763.