天然有機酸の存在下でのポリ塩化ビニルマイクロプラスチックの光老化

Photo-aging of polyvinyl chloride microplastic in the presence of natural organic acids.

• Chao Wang
• Zeyu Xian
• Xin Jin
• Sijia Liang
• Zhanghao Chen
• Bo Pan
• Bing Wu
• Yong Sik Ok
• Cheng Gu

抄録

本研究では、ポリ塩化ビニルマイクロプラスチック(PVC-MP)の水環境下での光老化経路とその変質機構を明らかにした。その結果、PVC-MPの光老化は粒子径に強く依存し、低分子有機酸(LMWOA)とLMWOA-Fe(III)錯体の存在下では、模擬太陽光照射及び自然太陽光照射下での光老化反応が促進されることが明らかになった。LMWOAやその鉄錯体の光分解により生成したヒドロキシルラジカル(OH-)は、PVC-MPの分解を促進する上で支配的な役割を果たした。In situフーリエ変換赤外分光法及びラマン分光法と理論計算により、特にLMWOA及びLMWOA-Fe(III)の存在下では、PVC-MP表面でC-Cl結合の開裂とポリエン及びカルボニルの生成が起こることが確認された。さらに、PVC-MP表面の酸化は、走査型電子顕微鏡、ブルナウアー・エメット・テラー試験及び水に対する接触角の結果から示されるように、水に対する比表面積及び親和性の増加をもたらし、PVC-MPへの極性汚染物質の吸着をさらに促進し、水生生物に対するPVC-MPの健康リスクを増大させることになると考えられた。

In this study, a new photo-aging pathway in the aquatic environments and the underlying transformation mechanism were described for polyvinyl chloride microplastic (PVC-MP). Our results indicated that the photo-aging of PVC-MP was strongly dependent on particle size and the aging reaction could be facilitated in the presence of low-molecular-weight organic acid (LMWOA) and LMWOA-Fe(III) complex under simulated and natural sunlight irradiation and ambient conditions. The hydroxyl radical (OH•) generated from the photolysis of LMWOA or its ferric complexes played a dominant role in enhancing PVC-MP degradation. In situ Fourier transform infrared and Raman spectroscopic techniques and theoretical calculations further confirmed that C-Cl bond cleavage and formation of polyene and carbonyl underwent on the PVC-MP surface, especially in the presence of LMWOA and LMWOA-Fe(III). Moreover, PVC-MP surface oxidation also led to the increase of the specific surface area and affinity towards water as indicated by the results of scanning electron microscopy, Brunauer-Emmett-Teller tests and contact angles for water, which would further enhance the adsorption of polar contaminants on PVC-MP and thus increase the health risk of PVC-MP on aquatic organisms.

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