微塑料污染已成为全球性环境难题,其颗粒小于1毫米,甚至扩散至南极与深海等偏远区域。这种塑料不仅难以降解,反而随时间碎裂得更小,极易穿透生物细胞膜。由于其比表面积巨大,微塑料能吸附有毒物质和重金属,进而通过食物链进入人体。据专家估算,每人每周通过饮食摄入的微塑料量可达5克,相当于一张信用卡的大小。
微塑料主要源于塑料垃圾在自然环境中的缓慢机械破碎,同时也作为廉价填充物被人为添加至沐浴露、面霜等日用品中,或作为合成纤维存在于衣物里。德国埃尔朗根 - 纽伦堡大学(FAU)指出,全球累计塑料产量已超83亿吨,其中大部分未被回收。预计到2050年,环境中累积的塑料垃圾总量将达到120亿吨。
科学界将小于1毫米的颗粒定义为微塑料,而小于1微米的则称为纳米塑料。目前,微塑料主要通过污水处理厂进入水体,但传统过滤或氧化技术难以将其完全去除。由于微塑料成分复杂(如聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等),形态多样(颗粒或纤维),开发通用的净化系统极具挑战。
针对这一难题,FAU研究团队提出了一种创新解决方案:利用特制的氧化铁纳米粒子(SPIONs)作为“智能磁吸剂”。这些直径仅30纳米的粒子无毒,能特异性地吸附在塑料表面,将微小的塑料颗粒聚集成较大的团块。随后,通过强磁铁即可将这些团块从水中高效分离。该研究已发表于2021年4月18日的《Materials Today》期刊。
虽然目前实验仅在实验室环境中进行,但研究负责人马库斯·哈利克教授提出了可行的应用前景:将处理单元设计为20英尺集装箱,内置加药、混合、磁分离及分析系统,直接部署在污水处理厂出口。由于大部分纳米塑料是通过污水排放进入河流的,这种“源头拦截”模式被认为是最有效的策略。此外,研究指出永磁体比电磁铁更适用于此类水下分离作业,因其作用范围更广。
对于中国而言,随着“十四五”规划对水环境治理力度的加大,此类低成本、高效率的物理分离技术值得重点关注,未来可探索将其与现有污水处理工艺结合,为应对日益严峻的塑料污染提供新的技术路径。