专利快讯｜中南大学：一种微纳塑料的降解方法

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一种微纳塑料的降解方法

申请人：中南大学

公开(公告)日,授权日：2023-04-07

 

专利摘要

本发明提供了一种微纳塑料的降解方法，在80～5℃条件下，采用芬顿试剂对所述微纳塑料进行降解处理；其中，所述芬顿试剂中，Fe2+和/或Fe3+浓度为0.01～120μmol/L，且双氧水的体积分数为0.001～0.05％。相比于现有技术，所述微纳塑料的降解方法实现了低浓度芬顿试剂对微纳塑料的高效降解；对微纳塑料的降解效果佳；还具有价格低廉，绿色化学，应用性强的特点。

 

背景技术

由于塑料的理化性质稳定且造价低廉，经常被一次性使用，因而造成“白色污染”。受到化学老化、微生物老化或光老化的作用，塑料逐渐变得脆弱，随后被分解成小块的微纳塑料。这些微纳塑料的理化性质非常稳定，它们在沉积物、河流、污水、大气和土壤广泛分布，尤其是在水环境中。现如今，微纳塑料已经引起了广泛关注，成为了一种常见的固体废物，对环境造成严重污染。

在对有机高分子化合物的降解方法中，化学降解的方法有着高效且易发生降解的优点。当前，关于塑料的化学降解，核心都是通过强氧化性物质对其进行降解。其中，芬顿法具有提供强氧化性物质的优良特性。但是，传统的芬顿法都需要高浓度的Fe2+和/或Fe3+同双氧水的混合溶液，在相对较高的温度下进行，可是降解的效率却极低，通常只能去除塑料表面的有机质，而非降解微纳塑料本身。

鉴于此，有必要提供一种微纳塑料的降解方法，以解决或至少缓解上述一般芬顿法只能去除塑料表面的有机质，而非降解微纳塑料本身的技术缺陷。

 

发明内容

本发明的主要目的是提供一种微纳塑料的降解方法，旨在解决现有技术只能去除塑料表面的有机质，而非降解微纳塑料本身；以及化学试剂耗费量大等问题。

为实现上述目的，本发明提供一种微纳塑料的降解方法，在-80～-5℃条件下，采用芬顿试剂对所述微纳塑料进行降解处理；

其中，所述芬顿试剂中，Fe2+和/或Fe3+浓度为0.01～120μmol/L，且双氧水的体积分数为0.001～0.05％。

 

本发明中涉及的主要技术原理包括：

1、首先，需要理解的是微纳塑料物化性质稳定、难以被降解，现有技术普遍采用的化学氧化手段(如芬顿试剂)仅能对环境中微纳塑料表面附着的小分子杂质进行去除，对微纳塑料本身的这种大分子有机物难以实现降解。

然而，与现有技术不同的是，本发明中提供的所述微纳塑料的降解方法采用冷冻低浓度芬顿试剂，旨在实现高效降解微纳塑料，尤其是能够实现对微纳塑料本身的降解。

2、其次，需要明确的是，本发明中，所述微纳塑料的降解方法采用的冷冻技术，能够实现低浓度芬顿试剂的浓缩，产生羟基自由基(·OH)、单线态氧(1O2)和过氧化氢(H2O2)等活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS)成分增强其氧化性；冷冻技术带来的pH强化，还可以进一步实现芬顿试剂的氧化性强化以实现微纳塑料的降解反应。

3、值得注意的是，所述微纳塑料的降解方法中，在-80～-5℃条件下进行。在所述温度下，还可以浓缩水体中的微纳塑料，使微纳塑料发生自身交联作用并形成活性位点；

同时，此温度下，芬顿试剂与微纳塑料空间距离极度缩短，在已具备强氧化性的芬顿试剂及空间结构变化等一系列物理、化学变化的共同作用下，微纳塑料原有的稳定的化学状态被破坏，使得难以降解的微纳塑料大分子实现了降解，达到了高效降解的目的。

此外，需要强调的是，通过以上所述各机理的协同作用以及共同配合下，才实现了水体中低浓度的微纳塑料的高效降解。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

1、实现了低浓度芬顿试剂对微纳塑料的高效降解。

2、对微纳塑料的降解效果佳。具体表现为采用所述微纳塑料的降解方法处理后的微纳塑料的微观表面粗糙不规则，增加了更多的含氧官能团，即碳氧比增大。

3、价格低廉，绿色化学，应用性强。其一，所述微纳塑料的降解方法使用的芬顿试剂采用低浓度的Fe2+和/或Fe3+和双氧水配制，都是常见的无机化学产品，价格低廉。其二，富集浓缩只在冷冻状态下发生，解冻后的低浓度的Fe2+和/或Fe3+对环境影响小，同时低浓度的Fe2+和/或Fe3+本身也是水生动植物的营养成分，是水环境的重要组成部分。而环境中本就含有低浓度的双氧水，且能被进一步分解为水和氧气进入地球化学循环。其三，所述冷冻温度范围在现阶段的工业条件容易实现，可对大体积的水体进行处理，不受制约。

（数据来源：智慧芽）