《Science of The Total Environment》：Adsorption of heavy metals by biofilm-coated microplastics in aquatic environments: Mechanisms, isotherm and kinetic processes, and influencing factors
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微塑料与重金属协同污染的吸附机制及影响因素研究综述，系统解析了生物膜包裹微塑料（B-MPs）吸附重金属的动力学（伪二级模型）、热力学（Freundlich/Langmuir模型）及多因素调控机制，对比裸微塑料吸附特性差异，提出环境pH、生物膜EPS组分、DOM溶解物及微生物代谢等动态交互作用需深入探究。
王瑞琦|牛思平|江云
安徽工业大学能源与环境学院环境科学与工程系，马鞍山，243002，中华人民共和国
摘要
微塑料（MPs）和重金属（HMs）是环境系统中普遍存在的共污染物，它们的协同作用可能会放大生态风险。值得注意的是，生物膜包裹的微塑料（B-MPs）在水生环境中无处不在，具有独特的物理化学性质，这些性质决定了重金属（HM）的吸附行为。尽管关于B-MPs介导的HM吸附的研究有所增加，但其作用机制、定量建模和多因素调控仍缺乏系统的阐明。这篇综述综合了当前的进展，系统地解读了吸附机制、吸附等温/动力学模型，以及涉及生物膜特性、微塑料特性、金属性质和环境条件的多层次调控因素。文章还系统讨论了B-MPs与裸露微塑料（N-MPs）之间的HM吸附差异。主要研究发现表明，静电相互作用和表面络合作用通常主导了HM在B-MPs上的吸附过程，其动力学过程最好用伪二级模型描述，等温过程则适合用Freundlich或Langmuir模型拟合。仍有几个关键方面需要进一步研究，包括竞争性吸附现象及其与多金属系统中微生物代谢变化的相互作用、塑料衍生溶解有机物（DOM）的影响、生物膜形成过程中的动态吸附过程，以及pH值变化对生物膜结构和胞外聚合物物质（EPS）组成的影响。通过将现有见解与实际环境情况相结合，本文指出了需要优先研究的不足之处——高环境相关性的研究模型、生物膜演替动态、长期HM滞留、多因素影响效应以及人工智能辅助的探索方法。
部分摘录
缩写
| Ag | 银 |
| As | 砷 |
| Ba | 钡 |
| BA-PP | 生物膜包裹的老化聚丙烯 |
| BA-PU | 生物膜包裹的老化聚氨酯 |
| BV-PP | 生物膜包裹的原始聚丙烯 |
| BV-PU | 生物膜包裹的老化聚氨酯 |
| B-MPs | 生物膜包裹的微塑料 |
| B-LDPE | 生物膜包裹的低密度聚乙烯 |
| B-PA | 生物膜包裹的聚酰胺 |
| B-PBAT | 生物膜包裹的聚（丁酸丁二醇酯-对苯二甲酸酯） |
| B-PBS | 生物膜包裹的聚（丁酸琥珀酸酯） |
| B-PE | 生物膜包裹的聚乙烯 |
| B-PES | 生物膜包裹的聚酯 |
| B-PLA | 生物膜包裹的聚乳酸 |
方法论
本综述重点关注B-MPs与HMs的相互作用。我们在Web of Science、ScienceDirect、Google Scholar、PubMed和ACS Publications中搜索文献，检索到的出版物使用了以下搜索词和布尔运算：“microplastics and biofilms and heavy metals”、“microplastics and biofilms and trace metals”、“microplastics and plastisphere and heavy metals”以及“microplastics and plastisphere and trace metals”（图2）。然后，我们排除了不相关的文献。
塑料圈
塑料碎片为微生物提供了物理基底，支持其生长，促进了营养物质的可用性，并创造了有利的生态位（Wang等人，2023b；Zhai等人，2023）。当塑料颗粒进入水生环境后，会迅速被微生物定殖，形成被称为“塑料圈”的独特微生物群落（Wu等人，2022；Zhai等人，2023）。Cai等人（2019）的一项初步粘附研究表明
吸附等温线
吸附等温线模型（包括Langmuir、Freundlich、Temkin和D-R模型）为HM在B-MPs复合材料上的界面相互作用提供了宝贵的见解（补充材料，方程式1–7）。HM在MPs上的吸附行为通常用Langmuir和Freundlich等温线模型描述（表2）。多项研究一致表明，Langmuir模型更适用于N-MPs上的HM吸附，这表明吸附过程是单层吸附
动力学模型
吸附动力学是阐明动态吸附过程的关键工具，有助于了解速率常数、平衡时间和限速步骤，从而明确界面反应机制（Xia等人，2023）。五种动力学模型——PFO、PSO、Elovich、颗粒内扩散和膜扩散——被广泛用于描述这些过程（方程式8–12；补充材料）。其中，PFO和PSO模型因其简单性和机制性而被广泛采用吸附机制
N-MPs的吸附机制相对简单，主要由静电相互作用驱动，而B-MPs的吸附过程则更为复杂（表3，图5）。FT-IR光谱证实了B-MPs表面存在丰富的官能团，包括羧基、氨基、磷酸基和羟基（Kal?íková等人，2020；Bhagwat等人，2021；Li等人，2022a；Sun等人，2022 & 2023a）。Li等人（2022a）研究表明，在Pb(II)吸附后HM从B-MPs上的解吸
HM从B-MPs上的吸附和解吸在自然环境中容易发生，受生物膜动态和水质变化的影响。Wang等人（2020a）首次研究了Cu(II)从N-PE和B-PE MPs上的解吸，计算得到了TII值。他们发现B-PE的TII值（0.36）显著高于N-PE（0.05），表明吸附在B-MPs上的Cu(II)比N-PE上的更稳定。Wang等人（2021a）的后续研究进一步证实了这一点影响B-MPs吸附HM的因素
B-MPs对HM的吸附可能受到多种因素的直接影响或间接影响，包括生物膜的属性、MPs的特性、HM的性质，甚至环境条件（图6）。生物膜的属性是影响B-MPs吸附HM的关键因素，因为它改变了MPs吸附HM的过程和机制（Pan等人，2023）。除了直接影响外，MPs和环境条件也可以间接影响总结与展望
B-MPs作为有毒物质的载体，已引起全球越来越多的关注。在这篇综述中，系统讨论了B-MPs在水生环境中吸附HM的机制、吸附动力学、吸附等温线及影响因素。在许多情况下，B-MPs通过多种机制吸附更多的HM，其中静电相互作用和表面络合作用是主要因素。伪二级模型描述了这一动态过程CRediT作者贡献声明
王瑞琦：撰写——初稿，概念构思。牛思平：撰写——初稿，监督，概念构思。江云：可视化，方法论，形式分析。
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：牛思平报告称获得了国家自然科学基金的支持。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（项目编号：41701553）的支持。作者对所提供的支持表示感谢。
