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在土壤-地下水生态系统中，微塑料（MPs）与共存污染物相互作用引发的复合毒性风险日益受到关注。为解决共存矿物胶体如何影响微塑料在地下多孔介质中运移这一关键问题，研究人员以蒙脱石（Mon）和针铁矿（Goe）为模型矿物胶体，系统探究了矿物胶体比例、介质类型、离子强度（IS）、pH及流速等多重环境因子对MPs运移行为的综合影响。研究发现，1:1比例的共存矿物胶体能显著促进MPs在粗砂中的运移，而过高浓度的任一胶体或细粒介质则起抑制作用；二价阳离子（Ca2+）通过电荷屏蔽和形成三元复合物表现出更强的抑制能力。该研究揭示了胶体-MPs共运移的界面机制，为地下水系统中胶体-污染物共运移理论提供了新见解。
在我们脚下的土壤和流动的地下水中，一种看不见的污染正在悄然扩散——微塑料（Microplastics, MPs）。这些尺寸小于5毫米的塑料颗粒，正从地表不断向地下环境迁移，成为全球关注的新兴污染物。更令人担忧的是，微塑料在环境中并非“孤军奋战”，它们能与重金属、有机污染物等结合，作为载体促进复合污染的扩散，并通过食物链富集，最终威胁饮用水安全和人类健康。因此，厘清微塑料在地下环境，尤其是在复杂多孔介质（如含水层）中的运移规律，是评估其环境风险、制定管控策略的关键前提。
地下水中除了微塑料，还广泛存在着另一类“微小居民”——矿物胶体。它们是粒径在1纳米到10微米之间的粘土矿物、金属氧化物等，具有巨大的比表面积和活性。在自然状态下，不同类型的矿物胶体常常共存。然而，以往的研究多集中于单一胶体或介质表面涂层的影响，对于这些“组团”出现的矿物胶体如何影响微塑料的“旅行”路径，其机制仍不清晰。是充当“顺风车”帮助微塑料跑得更远，还是成为“路障”将其拦截下来？这个问题的答案，对于准确预测微塑料在地下环境中的归宿至关重要。
为此，一项发表在《Ecotoxicology and Environmental Safety》上的研究，为我们揭开了这层迷雾。研究团队聚焦于两种典型的矿物胶体——层状硅酸盐矿物蒙脱石（Montmorillonite, Mon）和铁氧化物针铁矿（Goethite, Goe），以1微米的荧光聚苯乙烯微球作为模型微塑料，系统探究了共存矿物胶体在不同水化学和流体动力学条件下，对微塑料在饱和多孔介质中运移行为的调控作用与关键机制。
为了回答上述问题，研究人员采用了多学科交叉的实验与表征方法。核心是多孔介质柱实验，通过可控的渗透装置模拟地下水环境，注入含有或不含矿物胶体的MPs悬浮液，并收集流出液以绘制穿透曲线（Breakthrough Curve, BTC），分析MPs的运移效率。实验后，将介质柱分段，洗脱并测定各段MPs的滞留量，绘制滞留剖面（Retention Profile, RP）。表征技术方面，运用扫描电子显微镜-能谱联用（SEM-EDS）观察胶体形貌及介质表面附着情况；X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）用于分析介质表面在运移前后的物相、官能团和化学状态变化。动态光散射（DLS）技术用于测定MPs-胶体混合悬浮液的流体力学粒径和Zeta电位。此外，研究还结合了经典的DLVO理论，计算颗粒与介质表面之间的相互作用能，从理论层面解释运移行为的稳定性机制。
研究人员首先对实验材料和介质进行了细致的表征。SEM图像显示蒙脱石呈典型的层状堆叠结构，而针铁矿为针状或棒状纳米晶体。XRD、FTIR和XPS的表征结果共同证实，在运移实验后，矿物胶体选择性地吸附在了天然河沙介质表面（特别是含有Al-OH活性位点的钠长石表面），改变了介质表面的化学环境和官能团状态，这为理解后续的运移行为提供了微观界面证据。
矿物胶体类型与比例的影响：研究发现，矿物胶体的类型和混合比例对MPs运移有显著且非单调的影响。在粗砂介质中，当蒙脱石与针铁矿以1:1的质量比共存时，对MPs的运移促进效果最强，其最大穿透率（C/C0max）达到0.758。DLVO理论计算表明，此时胶体-MPs复合体与介质表面的排斥能垒较高，阻碍了沉积。然而，当任意一种胶体浓度过高时（如Mon:Goe为10:1或1:2），运移反而受到抑制。过量蒙脱石会导致复合体尺寸增大、电负性降低，加剧机械截留；而过量针铁矿则通过其丰富的≡Fe-OH基团与MPs发生强烈的表面络合，形成结构更刚性的复合体，同样易于被截留。
多孔介质类型的调控：介质颗粒尺寸是关键控制因素。在无胶体存在时，MPs在粗砂、中砂和细砂中的穿透率依次降低。共存矿物胶体的引入，促进了MPs在粗砂中的运移，却抑制了其在中/细砂中的运移。这是因为粗砂孔隙大，复合体不易被机械截留；而细砂孔隙小，复合体尺寸与孔隙喉道尺寸接近，物理筛分和孔隙桥接机制增强，导致滞留显著增加。滞留剖面分析显示，有胶体存在时，MPs在介质中的纵向分布从相对均匀的线性分布转变为指数衰减分布，表面层（0-2 cm）滞留比例增加。
水化学条件（离子强度与pH）的作用：离子强度（IS）的升高会压缩颗粒的双电层，抑制MPs运移，且二价阳离子Ca2+的抑制能力远强于一价阳离子Na+。Ca2+不仅能更有效地屏蔽电荷，还能通过“阳离子桥”作用促进形成“阳离子-胶体-MPs”三元复合物，使复合体尺寸急剧增大（从1271 nm增至4553 nm），从而加剧机械截留。pH环境也深刻影响着运移行为。中性条件（pH=7） 最有利于MPs运移，此时蒙脱石、针铁矿与MPs间形成稳定的“载体复合物”。酸性条件（pH=5） 下，胶体表面≡OH基团部分质子化，降低了电负性，导致MPs与胶体发生弱聚集，运移受到抑制。碱性条件（pH=9） 下，虽然理论计算显示排斥力强，但过强的静电排斥可能破坏了有利的异质聚集结构，导致载体系统瓦解，MPs失去胶体涂层的促运移效应，运移同样被抑制。
流体动力学条件（流速）的影响：高流速（0.5 mL/min）显著增强了MPs的穿透能力。增强的流体拖曳力能更有效地克服颗粒的沉积趋势，减少其在孔隙壁上的附着，并可能加速孔隙喉道区域的动态堵塞-再释放过程。滞留剖面分析进一步揭示，高流速下，MPs在介质表层（0-1 cm）的滞留量显著减少，但在深层（5-10 cm）的滞留量与低流速下相近。这表明高剪切力可能促使复合体解聚成更小的次级颗粒，从而穿透至更深的孔隙网络。
该研究系统地揭示了共存矿物胶体对微塑料在多孔介质中运移行为的复杂影响，并特别强调了水化学（离子强度、pH）和流体动力学（流速）条件在此过程中的关键调控作用。核心结论包括：1:1比例的共存矿物胶体在实验条件下对MPs运移的促进能力最强；过高的单一胶体浓度会抑制运移；胶体在粗砂中促运移，在细砂中抑运移；二价阳离子（Ca2+）通过电荷屏蔽和形成三元复合物，其抑制能力强于一价阳离子（Na+）；酸性和碱性条件均会抑制MPs运移，分别与胶体羟基的质子化及促运移载体瓦解有关；高流速促进MPs穿透，并导致滞留向深层转移。界面表征证实，胶体在砂介质表面活性位点上的选择性吸附，是调控MPs运移的关键界面机制。
这项研究的意义在于，它将矿物胶体与微塑料的相互作用置于复杂、真实的环境背景下进行考察，突破了以往单一胶体研究的局限。研究成果不仅为理解地下水系统中胶体-污染物共运移理论提供了新的实验证据和机理认识，也为更准确地评估微塑料在土壤-地下水系统中的环境归趋、迁移扩散潜力及生态风险提供了重要的科学依据。未来，结合温度变化、不同类型（如老化、非球形）微塑料以及实际污染场地条件开展研究，将有助于进一步完善相关理论体系，为地下水中微塑料污染的防控与修复提供更有力的支持。
