《Science of The Total Environment》：Microplastiglomerates as emerging pollutant sinks: Characterization and heavy metal retention studies
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本研究系统调查了印度西孟加拉邦东北部孟加拉湾海岸的微塑料复合矿物（plastiglomerates）及其亚型微plastiglomerates的成因、组成及污染物吸附特性。通过显微观测、拉曼光谱、XRD及热重分析，发现这些复合物由PE、PP、PET等7类聚合物与石英、方解石等矿物形成热融结构，其表面积和矿化特征显著增强对汞、镉等重金属的吸附能力，密度达2.5-3.1g/cm3，常规回收技术易遗漏。研究首次确认微plastiglomerates作为新型污染物汇的生态风险，建议将其纳入海岸带微塑料监测体系及环境政策框架。
Sourav Bar | Ritam Sahu | Ajoy Kumar Bhaumik | Santosh Kumar Bera | Sudipta Kumar Ghorai
印度西孟加拉邦Vidyasagar大学Egra SSB学院下属的沿海环境研究服务中心
摘要
本研究报道了来自孟加拉湾东北部海岸的塑料聚集体（plastiglomerates）及其微尺度衍生物（称为微塑料聚集体microplastiglomerates）的存在和特征。这些复合材料是通过多种聚合物与矿物和有机物的热融合形成的，研究人员对其形态、组成和污染物滞留行为进行了研究。立体显微镜、共聚焦荧光显微镜和场发射扫描电子显微镜（FESEM）观察显示了它们具有异质性的结构、熔融的聚合物界面以及矿物夹杂物，证实了它们的混合岩塑性（hybrid lithoplastic）性质。拉曼光谱鉴定出七种聚合物类型——聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚乳酸（PLA）、聚酯（PES）、聚砜（PESU）和聚乙烯醚（PVE）；X射线衍射（XRD）则确认了石英和方解石等结晶矿物相嵌入在非晶聚合物基质中。热重分析（TGA）表明这些材料具有较高的热稳定性，并含有有机-无机混合物。金属吸附实验表明微塑料聚集体表面能够显著滞留有毒金属（汞、镉、镍、铬和钴），这一结果通过X射线光电子能谱（XPS）、能量色散X射线光谱（EDX）和电感耦合等离子体发光光谱（ICP-OES）得到了验证。氧化的聚合物表面和矿物界面促进了金属的吸附，凸显了它们作为持久性污染物的储存库的能力。总体而言，研究结果表明微塑料聚集体是一种稳定、活跃且对环境具有重要影响的复合材料，会改变沿海系统中的金属迁移性和污染物动态。这些发现强调了将塑料聚集体纳入沿海污染监测和环境政策框架的必要性，未来的研究应聚焦于它们的降解动力学、营养级相互作用以及对海洋沉积物地球化学的影响。
引言
由于塑料的广泛使用和持久性，它们经历了多种环境转化，形成了被称为塑料聚集体（plastiglomerates）的新复合形式（Shruti等人，2023年）。这些复合材料是在包括热变化和机械磨损在内的环境条件下，通过塑料聚合物与天然基质（如岩石、沙子或有机碎片）的融合形成的（De-la-Torre等人，2021年；Utami等人，2023年；Shruti等人，2023年）。文献中描述了不同类型的塑料聚集体，每种类型都由塑料与基质的相互作用性质决定。“Plastistone”指的是熔融塑料嵌入岩石基质中形成的塑料-岩石复合材料（Wang和Hou，2023年）。“Pyroplastics”特指因火灾或热暴露而改变的塑料，具有类似岩石的质地和形态（Turner等人，2019年；De-la-Torre等人，2022年）。“Plasticrust”是指塑料层附着在潮间带岩石表面的壳状涂层（Nguyen等人，2024年）。最近还发现了“Plastitar”，即风化的塑料与焦油残留物结合形成的物质（Domínguez-Hernández等人，2022年；Fraissinet等人，2024年）。此外，还描述了“Anthropoquinas”、“Plastiquartz-sandstones”、“Plastirock complexes”和“Plastimetal”等形态（Fernandino等人，2020年；Shruti等人，2023年）。塑料-岩石复合材料和Pyroplastics可以作为环境中的微塑料二次来源，因为它们的融合结构容易通过机械磨损、光降解和热应力发生降解（Ehlers等人，2024年；Wang等人，2023年）。这些过程促使微塑料颗粒逐渐释放到周围生态系统中，从而将塑料聚集体与沿海和海洋系统中的微塑料负担直接联系起来（Gunasekaran等人，2024年）。
在本研究中，我们引入了微塑料聚集体（1–5000 μm），作为塑料聚集体的一种微尺度亚型，它们可能是由较大塑料聚集体破碎而来，或是微塑料颗粒与环境中的天然基质（如石头、沙子或有机物）直接融合形成的。尽管这些颗粒属于传统意义上的微塑料尺寸范围，但它们的本质区别在于具有聚合物-矿物复合结构。与仅作为外部包层的“Plasticrust”不同（Lechthaler等人，2020年），微塑料聚集体是分离且独立的熔融实体。由于富含矿物，它们的密度高于大多数微塑料，因此难以通过常规的密度分离技术进行回收，这可能导致在定量微塑料评估中被忽略。因此，微塑料聚集体是一类被忽视但具有环境相关性的塑料衍生污染物，它们可能与水生系统中的污染物和生物体以不同的方式相互作用，这凸显了将其纳入未来监测和风险评估框架的必要性。
塑料聚集体及其微尺度衍生物的特征越来越受到关注，因为这些材料不仅反映了人类活动的地质印记，还可能成为潜在的环境污染物储存库。微塑料已被证实是有毒金属和有机污染物的载体（Liu等人，2022年；Kinigopoulou等人，2022年）；然而，关于塑料聚集体及其微塑料聚集体对应物的污染物滞留能力知之甚少。为填补这一空白，研究人员系统地对塑料聚集体进行了表征，并检测了其滞留有毒重金属的能力，从而加深了对它们作为环境中新污染物储存库的理解。本研究是一项探索性和基础性的评估，旨在识别和描述微尺度塑料聚集体衍生物，并评估其环境相关性，为未来的假设驱动型和统计密集型研究提供基础。
样本采集
共从孟加拉湾东北部海岸的三个地点采集了35个塑料聚集体和Pyroplastic样本。采样地点包括：地点1（21°37′29.88″ N, 87°31′51.61″ E）、地点2（21°38′55.03″ N, 87°38′03.98″ E）和地点3（21°35′31.08″ N, 87°27′03.25″ E）（图1）。研究人员调查了从Baguran Jalpai到Talsari的整个沿海区域，以寻找塑料聚集体和Pyroplastics的存在。
立体显微镜观察
立体显微镜观察显示，采集到的塑料聚集体（图2A–H）和微塑料聚集体（图2I–N）具有多样的形态、颜色和纹理图案，反映了不同程度的热变化、融合以及矿物和有机碎片的掺入。较大的塑料聚集体（>5 mm）具有异质性组成，颜色从深灰色和黑色到蓝色、棕色和米白色不等，表明它们是由多种聚合物组成的。
结论
本研究将微塑料聚集体确认为一类新发现的人为微尺度塑料-矿物复合材料，具有重要的环境意义。它们的形成表明塑料废物转化为了能够与自然沉积物和污染物相互作用的持久性环境实体。微塑料聚集体吸附和滞留多种有毒重金属的能力突显了它们作为潜在污染物储存库的功能。
CRediT作者贡献声明
Sourav Bar：撰写初稿、可视化处理、软件应用、方法设计、调查实施、概念构思。
Ritam Sahu：软件应用、方法设计。
Ajoy Kumar Bhaumik：撰写与编辑、方法设计、数据管理。
Santosh Kumar Bera：软件应用、方法设计、撰写与编辑、监督工作、调查实施、概念构思。
出版同意
所有作者均同意发表本手稿中使用的任何材料或信息。
关于写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备本工作时，作者使用了ChatGPT来整理手稿中的句子。使用ChatGPT后，作者对内容进行了必要的审核和编辑，并对出版物的内容负全责。
利益冲突声明
作者声明以下可能构成利益冲突的财务利益和个人关系：SOURAV BAR表示获得了大学拨款委员会（University Grants Commission）的财务支持。SOURAV BAR与大学拨款委员会存在关系，包括资助（奖学金和应急资金）。如果还有其他作者，他们声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响研究的客观性。
致谢
我们衷心感谢大学拨款委员会（UGC）通过奖学金提供的财务支持，这对本研究起到了重要作用。我们特别感谢Egra S.S.B.学院沿海生态研究实验室（CERL）的成员在整个研究过程中的持续支持、技术协助和鼓励。特别感谢Egra S.S.B.学院动物学系的Souvik Giri同学在此期间的辛勤工作。
