颗粒小，问题大的微米/纳米塑料
颗粒小，问题大的微米/纳米塑料
2024年12月13日
微米纳米/塑料是目前受到普遍关注的全球新兴污染物，可能影响人类健康和环境。纳米/微塑料也是水处理行业的热门话题之一。就像永远的化学品 PFAS (Per- and Polyfluoroalkyl Substances，中文是全氟和多氟烷基物质)一样，它们也是永远的问题。科学家发现这些塑料颗粒无处不在：土壤，水，空气，食物和我们的身体中。在富士山上方的云层，地球最深处的马里亚纳海沟和北极冰层中都发现了微塑料和纳米塑料，而且几乎在人体的每个部位都检测到了微塑料。
微塑料这一类别涵盖了各种具有不同化学成分，形状，颜色，大小和密度的材料。目前尚无科学界公认的微塑料定义，但大多数定义都侧重于成分和尺寸大小。
顾名思义，微塑料是微小的颗粒——具体指小于 5 毫米的颗粒。有些微塑料被特意做小，用于化妆品等产品，可以作为去角质剂。大多数微塑料是由较大的塑料物品分解而来的。微塑料是一个相对较新的术语，20 年前才出现。过去10年，对微塑料甚至更小的颗粒——纳米塑料（小于 1 微米）的研究方兴未艾蓬勃发展。
目前各种各样的塑料颗粒尺寸，密度和成分给研究人员带来了严峻挑战，因为没有一种方法可以用来表征各种各样的微米和纳米塑料颗粒。迫切需要开发和标准化微/纳米塑料的收集，提取，量化和识别方法，以提高研究的可靠性，一致性，和可比性。针对不同对象，如水，人体(血液，细胞)，和土壤中微塑料的研究方法，肯定是不一样的。
回顾一下什么是塑料呢？世界上第一种全合成塑料是1907年在纽约发明的酚醛塑料，Leo Baekeland发明的，他也创造了“塑料”一词。如今，塑料有几十种不同的类型，常见的如广泛用于产品包装的聚乙烯和聚氯乙烯 (PVC)因其强度和耐用性而用于建筑和管道。因为塑料研究成果而获得诺贝尔奖的化学家赫尔曼·施陶丁格，也被称为“聚合物化学之父”，以及赫尔曼·马克，被称为“聚合物物理学之父”。
塑料是人造的，但它们源于自然界。塑料是一种以聚合物为主要成分的合成或半合成材料，这些材料来自石油或天然气等化石燃料。塑料的可塑性使其能够被模塑，挤压或压成各种形状的固态物体。这种适应性，加上其它多种特性，如重量轻，耐用，灵活和生产成本低，使其得到了广泛的应用。塑料通常通过人类工业系统制造。不过最近的工业方法使用由可再生材料制成的变体(例如玉米或棉花衍生物)来制造塑料。
据估计，1950年至2017年间，塑料产量达92亿公吨；其中一半以上是在2004年后生产的。2020年，塑料产量为 4 亿多吨，这相当于近 1300 座帝国大厦的重量。如果全球塑料需求趋势持续下去，预计到2050年，全球塑料年产量将超过11亿吨。据报道，全世界每年每人生产 约50公斤塑料，产量每十年翻一番。
今天塑料制品无处不在，与我们的生活工作密不可分。塑料最大的应用是作为包装材料，但也广泛应用于其它领域，包括：建筑（如管道，门窗），纺织品（弹性织物，羊毛）消费品（玩具，餐具，牙刷），汽车（前灯，保险杠，车身面板），电子产品（电话，电脑，电视）和机器零件。在光学领域，塑料用于制造非球面透镜。
塑料的广泛使用，已造成严重的环境问题，因为它们在自然生态系统中分解速度缓慢，通常需要几百年甚至上千年。以往生产的塑料大多数都没有被重复使用，或者无法重复使用，要么被填埋，要么以塑料污染物和微塑料的形式留在环境中。迄今为止，在所有丢弃的塑料中，约有14%被焚烧，不到10%被回收利用。今天，塑料污染已经存在于世界上所有主要水体中，例如，在世界所有海洋中形成垃圾带，并污染陆地生态系统。
微塑料从何而来，又是如何随处可见的呢？二十年前，普利茅斯大学的海洋生物学家理查德·汤普森和他的同事首次使用“微塑料”一词来描述他们在英国普利茅斯周围的海洋沉积物中发现并试图量化的微小塑料碎片。四年后，美国国家海洋和大气管理局主办的一次国际研讨会的参与者将微塑料定义为“小于 5 毫米的塑料颗粒”。
从那时起，微塑料这个词被普遍应用，科研人员发表了数百篇关于微塑料在环境中的积累及其可能来源的论文。日常生活中使用了如此多的塑料，随着时间的推移，塑料会分解成微塑料，所以现在，微塑料真的无处不在。
微塑料产生的几个主要来源如下：
大塑料：物理扰动，紫外线照射和氧化最终会将大塑料分解成微塑料。这是许多塑料产品的命运。大塑料降解成微塑料的速度将取决于聚合物种类和它所处的环境。
纺织品：从毛茸茸的羊毛衫到光滑、吸汗的运动服，合成纺织品是大多数衣柜中的必备品。不幸的是，这类织物是环境中微塑料的主要来源，会脱落聚酯, 聚酰胺, 丙烯酸和其它聚合物的细小纤维。微塑料在走路时脱落，洗涤和烘干时也会脱落，甚至在制造过程中也会脱落。
消费者可以购买专门的过滤器或洗衣袋，以最大限度地减少洗衣过程中释放的微纤维废物量。但织物制造商应该可以做得更多，最近的研究表明，纺织品的特性，如成分，纱线结构，织物结构和后期生产处理都会影响纤维脱落，而且可以设计更好的纺织品以减少脱落。
轮胎：大家都知道轮胎会随着时间推移而磨损，变得光秃秃的，而且会随着时间而变脆。因此，轮胎是微塑料污染的主要来源也许并不奇怪。如今的轮胎由天然橡胶和合成橡胶制成。当人们开车时，摩擦会将微米大小的轮胎碎片撕碎，并将其散落到空气和灰尘中。一些先进的轮胎设计可以减少轮胎微塑料的脱落。
油漆：新油漆可以改变建筑物的风格，防止船舶生锈，或改变十字路口的交通路线。但聚合物是油漆的关键成分。当粉刷房屋，船只和道路时，油漆会随着时间的推移出现裂缝和碎片，剥落成微塑料，流入周围的生态系统。当去除旧漆并涂上新漆时，也会发生泄漏。总之，这些途径和油漆的广泛应用使油漆成为环境中微塑料的最大来源之一。
塑料颗粒和化妆品：塑料颗粒是许多消费品的原材料，在供应链的每个环节都会泄漏到环境中。迄今为止已知的最大塑料泄漏事件发生在2021年斯里兰卡，当时一艘船起火并部分沉没，将1680公吨塑料颗粒泄漏到水中。这些塑料颗粒杀死了许多海洋动物，它们误以为这些颗粒是美味的零食。尽管已经提出了塑料颗粒的国际法规，但尚未达成一致。
相比之下，超过30个国家已禁止在个人护理产品中添加塑料微珠——通常是牙膏和洗面奶等去角质产品。在政府禁止塑料微珠用于化妆品之前的约50年里，全球每年投入到化妆品中的数十万吨塑料都去哪里了？显然是进入到环境中，水，土壤和空气里。
瓶装水也是来源之一。最近的一项研究发现，1升瓶装水（相当于消费者通常购买的两瓶标准瓶装水）平均含有 24万个来自七种塑料的塑料颗粒，其中 90% 是纳米塑料。值得注意的是，瓶装水只是塑料容器包装的数千种食品和饮料产品之一。
美国环境保护署最近的一项审查显示，在3千多种可能与塑料包装有关的化学物质和 906种可能与之相关的化学物质中，68种被评为“对人类健康危害最高”和“对环境危害最高”的化学品。
那么微塑料是怎么进入人体的呢？要弄清微塑料和纳米塑料对我们的健康有何影响，第一步就是要了解它们是如何进入人体的。
人们可以通过食物，自来水或含有微塑料和纳米塑料的瓶装饮料摄入这些塑料颗粒。2020 年对 50 项研究的回顾发现，软体动物（包括贻贝、牡蛎和蛤蜊）的微塑料含量在海鲜中最高。科学家还在市售的食盐和海盐中发现了微塑料。另一项研究指出，意大利卡塔尼亚当地市场上出售的水果和蔬菜被这些微小的塑料颗粒污染。作者推测，植物的根部可能会从水或土壤中吸收塑料碎片。
科学家还发现，当容器暴露在热的食物和饮料中时，微塑料会从塑料食品容器，饮料杯和婴儿奶瓶中渗出，并污染容器中的物品。最近的一项研究分析了三个流行品牌的瓶装水，估计平均每升水中潜伏着24万个微小塑料颗粒。温暖的环境，阳光照射和聚对苯二甲酸乙二醇酯瓶的重复使用都会导致微塑料和纳米塑料的脱落。
塑料颗粒也可以通过空气传播或作为灰尘的一部分。根据大小，微塑料和纳米塑料可以被吸入，然后沉积在上呼吸道或深入肺部。微小颗粒还可以通过皮肤通过开放性伤口，汗腺和毛囊被吸收到体内。
虽然研究人员正在试图确定最相关的人类接触途径，但微塑料的主要来源是通过食物，饮用水和空气进入我们的体内。今天科学家已经在人体的许多部位发现了微塑料和纳米塑料，包括肾脏，心脏，肺，肠道，睾丸和胎盘等。
要了解微塑料和纳米塑料的潜在危害，科学家需要克服技术挑战。其中最根本的是准确检测我们组织和血液中尺寸小于 1 微米的纳米塑料。研究表明，纳米塑料可能比微塑料更具破坏性，因为它们更小，可以很容易进入细胞。而且它们的表面积与体积之比更大，使这些颗粒更具反应性。
如何检测微塑料？微塑料和纳米塑料最终会进入人体，一旦进入人体，要找到它们并不容易。由于它们的尺寸，科学家很难使用光学显微镜甚至电子显微镜技术发现组织样本中的微小塑料颗粒。这些塑料颗粒电子密度不高，这使得使用电子显微镜检测塑料碎片变得困难。另一方面，科学家们并不知道人类平均每天摄入的微塑料和纳米塑料的数量，因此目前还无法确定动物研究中的等效剂量。
因此，科学家们现在主要依靠热解气相色谱/质谱法 (Py-GC/MS) 来识别和量化组织样本中的微塑料和纳米塑料水平。首先使用氢氧化钾“消化”有机组织，然后使用超速离心机将塑料颗粒从溶解的组织中分离出来。下一步是加热收集到的塑料，并使用质谱仪分析气体排放。研究人员根据它们释放的气体特征来识别和量化不同的聚合物。在最近的一项研究中，科学家使用这种技术分析了2011年至2015 年收集的62个人类胎盘样本，发现所有样本中都含有微塑料，特别是聚乙烯微塑料。
微塑料会损害我们的健康吗？答案是肯定的，微塑料对健康的影响来自2 个方面：塑料颗粒，尤其危害大的纳米颗粒与塑料中的化学品添加剂。目前这些微小颗粒如何危害人类的健康尚不清楚，但科学家们对他们迄今为止发现的情况感到震惊。
几项研究发现，微小的塑料颗粒可以穿过生物屏障，包括细胞膜，血脑屏障和肠道屏障。这种进入体内的可能机制是微塑料和纳米塑料附着在细胞膜上并被细胞吞噬。最近的一项建模研究表明，当微小的塑料颗粒附着在人类红细胞的膜上时，它们会导致膜拉伸。科学家怀疑这种变形——这在实验室得到了证实——可能会限制细胞输送氧气的能力。
一旦进入细胞，微塑料和纳米塑料就会引起氧化应激，炎症和 DNA 损伤。在2021年的一项研究中，研究人员给小鼠喂食聚苯乙烯微塑料和纳米塑料，发现它们的存在增加了活性氧 (ROS) 的产生——这是一种不稳定的分子，是细胞活动的副产品。研究小组怀疑，这种活性氧的积累会诱发啮齿动物小肠的氧化应激，导致肠道内壁细胞死亡，从而导致这一屏障丧失。活性氧升高还会导致 DNA 损伤。
与塑料有关的许多争议实际上都与其化学添加剂有关，因为某些化合物具有持久性，生物累积性和潜在危害性。现已被禁用的阻燃剂八溴二苯醚和五溴二苯醚就是一个例子，而邻苯二甲酸酯的健康影响一直是公众关注的领域。如果焚烧废物，添加剂也会带来问题，尤其是在焚烧不受控制或在低技术焚化炉中进行时，这在许多发展中国家很常见。不完全燃烧会导致酸性气体和灰烬等有害物质的排放，这些物质可能含有持久性有机污染物 (POP)，例如二恶英。
许多被认定为对人类和/或环境有害的添加剂受到国际监管。世界上许多地方都禁止在塑料奶瓶中使用添加剂双酚 A (缩写BPA)，但一些低收入国家并未受到限制。
纳米塑料污染以及对健康的影响已经被讨论了很多年，但没有人知道它对健康的影响。今年初发表在《新英格兰医学杂志》上的一篇文章是第一个科学证据，表明这项研究是第一个将塑料污染与人类疾病联系起来的研究，这是微塑料研究的一个里程碑。
根据2024年3月7日的“新英格兰医学杂志 ”，研究发现纳米塑料与心脏病, 中风和过早死亡有关。一项新的共有304名患者参加的研究发现，在150名患者的颈动脉斑块中检测到聚乙烯塑料（一种用于保鲜膜，塑料袋以及食品和饮料容器的常见塑料），31名患者有可测量的聚氯乙烯（PVC）塑料含量。颈动脉组织中含有的这些微塑料或纳米塑料的人在未来三年内患心脏病，中风或死于任何原因的可能性是颈动脉组织中没有纳米塑料人的两倍。
这项研究是第一个将塑料污染与人类疾病联系起来的研究，表明了微塑料和纳米塑料正在成为心血管疾病的潜在危险因素，当然这项研究数据必须得到其它研究和更大人群的证实。
我们如何减少接触塑料呢？避免塑料污染即使不是不可能，也是极具挑战性的。每个人都可以以微薄之力开始减少塑料的使用，这里列举在我们日常生活中可以减少接触塑料的一些例子：
避免用微波炉加热塑料食品或饮料，包括婴儿配方奶粉和泵出的母乳，也不要将塑料放入洗碗机中，因为热量会导致化学物质渗出，因为塑料或外卖容器可能会向食物中释放数百万个微塑料颗粒。
查看产品底部的回收代码，找到塑料类型，并避免使用回收代码为 3 的塑料，这些塑料通常含有邻苯二甲酸盐，邻苯二甲酸盐因其非常常见而被称为“无处不在的化学物质”，是制造过程中使用的已知会破坏激素的化学物质之一。
避免使用一次性塑料瓶装水。如果别无选择，请尽量将它们放在阴凉干燥的环境中，避免阳光直射。一次性塑料瓶装水很容易因温度变化或摩擦而降解。
减少一次性塑料的使用，包括将可重复使用的袋子带到杂货店。买一个带拉链的布袋，然后让干洗店把你的衣服放回里面，而不是用那些薄薄的塑料袋。带一个旅行杯到当地的咖啡店外卖，带陶瓷或者玻璃杯到办公室，减少塑料杯和餐具的使用。
定期除尘和吸尘，清除房屋中多余的灰尘有助于减少可能呼吸或消耗的灰尘中微塑料纤维的数量。
过滤饮用水。由于塑料的广泛使用和污染，水中可能会含有微塑料颗粒，家用滤水器可以有效减少许多污染物，尤其是微塑料颗粒，但纳米塑料颗粒的过滤需要更高精度的净水器，如RO反渗透膜净水器。
避免使用塑料切菜板，有很多替代品可供使用，例如木制菜板。
除了用石油或天然气原材料来制造塑料外，最近的工业方法使用由可再生材料制成的变体(例如玉米或棉花衍生物)来制造容易分解的塑料， 也有利用源自藻类和植物的化合物制造可生物降解的聚酯聚氨酯。但生物降解塑料也会释放微塑料，但它们不会无限期地存在，会继续分解，最终成为微生物的食物。当然用可生物降解的生物基塑料替代化石燃料基塑料还需时日才能在市场上取得显著规模。
使用生物手段细菌和酶也是一种解决方案。科学家们正在推动大自然，诱导酶来分解塑料。研究人员现在的目标是利用发现的微生物人为地加速进化过程。他们正在从微生物中分离出相关的酶，并对酶进行工程改造以提高其活性。一些人想用酶将聚合物分解成原始原料，以便回收利用；其他人认为，这些酶可用于废物管理，以吞噬堆肥堆和污水处理厂中的小聚合物颗粒。
不可否认微塑料已经进入千家万户的人体内，这是不争的事实，就像PFAS(Per- and Polyfluoroalkyl Substances，中文是全氟和多氟烷基物质)一样，变成永久的问题。由于人类生活不可能完全抛弃塑料和PFAS，如果那样的话，不知多少人会丢饭碗，同时也会给生活工作带来不可想象的后果。因此，意识到我们不可能完全避免微塑料，那就尽所有努力来减少降低它们的影响。
我相信一切科学技术的发展与进步，对人类肯定是有代价的，这个代价多大，什么时候到，只是一个时间早迟的问题，代价的大与小，人类都必须承受，当然最好不要灭了人类自己和我们赖以生存的地球。（完）
以下照片取自网络：
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鲤鱼塘的鱼
2024-12-16 16:34:25记得山水一程歌网友提起过微塑料的事，再此分享一下。