CN114292422A - 一种新型荧光性聚氯乙烯微塑料及其合成方法与应用 - Google Patents
一种新型荧光性聚氯乙烯微塑料及其合成方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114292422A CN114292422A CN202111653852.7A CN202111653852A CN114292422A CN 114292422 A CN114292422 A CN 114292422A CN 202111653852 A CN202111653852 A CN 202111653852A CN 114292422 A CN114292422 A CN 114292422A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- plastic
- polyvinyl chloride
- micro
- chloride micro
- fluorescent
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 title claims abstract description 116
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 title claims abstract description 101
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 title claims abstract description 90
- 239000004033 plastic Substances 0.000 title claims abstract description 90
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 title claims abstract description 4
- 229920000426 Microplastic Polymers 0.000 claims abstract description 58
- 241001494246 Daphnia magna Species 0.000 claims description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 20
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 15
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 claims description 12
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 claims description 12
- 231100000820 toxicity test Toxicity 0.000 claims description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 8
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000012258 culturing Methods 0.000 claims description 7
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 claims description 7
- 235000003642 hunger Nutrition 0.000 claims description 6
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 claims description 5
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M sodium bicarbonate Substances [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 3
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 3
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 claims 4
- 230000037351 starvation Effects 0.000 claims 1
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 abstract description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000006042 reductive dechlorination reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 231100000027 toxicology Toxicity 0.000 abstract description 2
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 9
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 6
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 4
- 230000035508 accumulation Effects 0.000 description 4
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 125000006414 CCl Chemical group ClC* 0.000 description 3
- 241000195628 Chlorophyta Species 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 3
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 3
- 210000001035 gastrointestinal tract Anatomy 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000002354 daily effect Effects 0.000 description 2
- 230000035558 fertility Effects 0.000 description 2
- 210000004185 liver Anatomy 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 2
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 150000004291 polyenes Polymers 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- WURBVZBTWMNKQT-UHFFFAOYSA-N 1-(4-chlorophenoxy)-3,3-dimethyl-1-(1,2,4-triazol-1-yl)butan-2-one Chemical compound C1=NC=NN1C(C(=O)C(C)(C)C)OC1=CC=C(Cl)C=C1 WURBVZBTWMNKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SPBKEYGNLBGTTJ-UHFFFAOYSA-N 4-chloro-7-nitro-1-benzofuran Chemical compound [O-][N+](=O)C1=CC=C(Cl)C2=C1OC=C2 SPBKEYGNLBGTTJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000219194 Arabidopsis Species 0.000 description 1
- 241000219195 Arabidopsis thaliana Species 0.000 description 1
- 241000243812 Arenicola marina Species 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GXSDULJBBDQRJV-UHFFFAOYSA-N ClC1=CC=C(C2=NNN=C21)[N+](=O)[O-] Chemical compound ClC1=CC=C(C2=NNN=C21)[N+](=O)[O-] GXSDULJBBDQRJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 description 1
- 241000252212 Danio rerio Species 0.000 description 1
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 description 1
- 240000008415 Lactuca sativa Species 0.000 description 1
- 235000003228 Lactuca sativa Nutrition 0.000 description 1
- 241000736262 Microbiota Species 0.000 description 1
- 206010051246 Photodermatosis Diseases 0.000 description 1
- 241000209140 Triticum Species 0.000 description 1
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 description 1
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 description 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000009141 biological interaction Effects 0.000 description 1
- 235000020291 caffè lungo Nutrition 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000007033 dehydrochlorination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012217 deletion Methods 0.000 description 1
- 230000037430 deletion Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003292 diminished effect Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 150000002170 ethers Chemical class 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000003031 feeding effect Effects 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000001215 fluorescent labelling Methods 0.000 description 1
- 230000037406 food intake Effects 0.000 description 1
- 239000013505 freshwater Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000000968 intestinal effect Effects 0.000 description 1
- 210000000936 intestine Anatomy 0.000 description 1
- 230000000366 juvenile effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 description 1
- 210000003097 mucus Anatomy 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- XJCPMUIIBDVFDM-UHFFFAOYSA-M nile blue A Chemical compound [Cl-].C1=CC=C2C3=NC4=CC=C(N(CC)CC)C=C4[O+]=C3C=C(N)C2=C1 XJCPMUIIBDVFDM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008845 photoaging Effects 0.000 description 1
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000028327 secretion Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000010801 sewage sludge Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000003868 tissue accumulation Effects 0.000 description 1
- 230000002110 toxicologic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000005945 translocation Effects 0.000 description 1
- 230000001228 trophic effect Effects 0.000 description 1
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
- Y02A40/80—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in fisheries management
- Y02A40/81—Aquaculture, e.g. of fish
Landscapes
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
本发明公开了一种新型荧光性聚氯乙烯微塑料及其合成方法与应用，属于微塑料降解领域。本发明通过控制一定的pH值和光辐照条件，对聚氯乙烯微塑料进行还原脱氯和氧加成，合成得到荧光性聚氯乙烯微塑料，有效解决了现有荧光标记微塑料合成通过添加荧光染料来实现，从而导致聚氯乙烯微塑料表面理化性质改变的问题，并且本发明的荧光性聚氯乙烯微塑料可应用在生物毒理学领域中。
Description
技术领域
本发明属于微塑料降解领域，更具体地说，涉及一种新型荧光性聚氯乙烯微塑料及其合成方法与应用。
背景技术
近年来，尺寸小于5mm的微塑料引起了环境研究人员甚至公众的广泛关注(Sussarellu,R.；Suquet,M.；et al.,Oyster reproduction is affected by exposureto polystyrene microplastics.Proceedings of the National Academy of Sciencesof the United States of America 2016,113,(9),2430-2435.)。据报道，在过去的十年里，微塑料主要沉在海洋里(Browne,M.A.；Crump,P.；et al.Accumulation ofmicroplastic on shorelines woldwide:sources and sinks.Environmental science&technology 2011,45,(21),9175-9179.)。然而，由于地膜覆盖、污水污泥甚至大气颗粒物沉积所产生的大量人为废物，导致各种微塑料在淡水地区和极地等陆地环境中，经常被检测到(Eriksen,M.；Mason,S.；et al.Microplastic pollution in the surface watersof the Laurentian Great Lakes.Marine pollution bulletin 2013,77,(1-2),177-182.Nizzetto,L.；Langaas,S.；et al.Pollution:Do microplastics spill on to farmsoils？Nature 2016,537,(7621),488.Li,L.；Luo,Y.；et al.Effective uptake ofsubmicrometre plastics by crop plants via a crack-entry mode.NatureSustainability 2020,3.)。微塑料广泛分布于各种环境基质(如水、土壤和空气)中，不可避免地会被不同营养水平的动物甚至植物吸收(Rosenkranz,P.；Chaudhry,Q.；et al.Acomparison of nanoparticle and fine particle uptake by Daphniamagna.Environmental Toxicology and Chemistry 2009,28,(10),2142-2149.Chua,E.M.；Shimeta,J.；et al.Assimilation of Polybrominated Diphenyl Ethers fromMicroplastics by the Marine Amphipod,Allorchestes Compressa.EnvironmentalScience&Technology 2014,48,(14),8127-8134.)。微塑料一旦被摄入和吸收，动物的摄食活性、存活率和生殖力都会受到明显的抑制，且总是伴随着炎症反应(Besseling,E.；Wegner,A.；et al.Effects of Microplastic on Fitness and PCB Bioaccumulation bythe Lugworm Arenicola marina(L.).Environmental Science&Technology 2013,47,(1),593-600.Cole,M.；Lindeque,P.；et al.The Impact of Polystyrene Microplasticson Feeding,Function and Fecundity in the Marine Copepod Calanushelgolandicus.Environmental Science&Technology 2015,49,(2),1130-1137.)。此外，微塑料表现出更强的威胁，因为它能够通过生物屏障，穿透组织，在器官中积累，从而破坏生物的行为和代谢(Mattsson,K.；Adolfsson,K.；et al.Translocation of 40nmdiameter nanowires through the intestinal epithelium of Daphniamagna.Nanotoxicology 2016,10,(8),1160-1167.Lu,Y.；Zhang,Y.；et al.Uptake andAccumulation of Polystyrene Microplastics in Zebrafish(Danio rerio)and ToxicEffects in Liver.Environmental Science&Technology 2016,50,(7),4054-4060.)。
为了研究生物对微塑料的吸收和转移机制，常用荧光染料标记的微塑料。荧光标记微塑料已被广泛应用于研究不同营养水平动物的摄食。Lu等人利用4-氯-7-硝基苯并呋嗪标记的微塑料，确定了聚苯乙烯微塑料在斑马鱼体内的吸收和组织积累(Lu,Y.；Zhang,Y.；et al.Uptake and Accumulation of Polystyrene Microplastics in Zebrafish(Danio rerio)and Toxic Effects in Liver.Environmental Science&Technology2016,50,(7),4054-4060.)。Jin等也使用了类似的荧光微塑料，研究微塑料颗粒在小鼠肠道内的转移及其对肠道黏液分泌和屏障功能的影响(Jin,Y.；Lu,L.；et al.Impacts ofpolystyrene microplastic on the gut barrier,microbiota and metabolism ofmice.Science of The Total Environment 2019,649,308-317.)。此外，植物具有很大的吸收微塑料的潜力，从荧光微塑料颗粒的图像可以看出，微塑料可以在不同的组织中积累。Li等人分析了小麦和生菜对微塑料的吸收，发现微塑料粒子能穿透这两种农作物的中心管，这通过crack-entry模式用尼罗河蓝色和4-氯-7-硝基-1,2,3-苯并三唑染色的荧光标记微塑料的分布得以证实(Li,L.；Luo,Y.；et al.Effective uptake of submicrometreplastics by crop plants via a crack-entry mode.Nature Sustainability 2020,3.)。同样，Sun等以荧光微塑料为探针材料研究了表面电荷对拟南芥中微塑料积累的影响，揭示了植物中微塑料的积累依赖于其表面电荷(Sun,X.D.；Yuan,X.Z.,Differentiallycharged nanoplastics demonstrate distinct accumulation in Arabidopsisthaliana.2020,15,(9),755-760.)。虽然用荧光染料标记的微塑料得到了广泛的应用，但外源分子的附着不可避免地会改变微塑料表面的理化性质。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有荧光性微塑料合成技术中存在容易导致微塑料理化性质改变的问题，本发明提供一种新型荧光性聚氯乙烯微塑料及其合成方法与应用。本发明通过调节pH和采用一定光辐照条件，对聚氯乙烯微塑料进行有效还原脱氯和氧加成，从而得到荧光性聚氯乙烯微塑料。本发明合成得到的荧光性聚氯乙烯微塑料可用于微塑料生物毒性研究，有利于了解微塑料在食物链中的转移机制。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的一种新型荧光性聚氯乙烯微塑料的合成方法，包括将聚氯乙烯微塑料颗粒溶于水中，配置得到聚氯乙烯微塑料悬浮液；调节所述聚氯乙烯微塑料悬浮液的pH值，而后进行光辐照反应，得到荧光性聚氯乙烯微塑料。
优选地，将所述聚氯乙烯微塑料悬浮液的pH值调节至7～8。
优选地，所述聚氯乙烯微塑料悬浮液的浓度为0.8～1.2g L-1。
优选地，所述光辐照反应的反应时间为4～5天，反应温度为20℃～30℃，光辐照强度为2.0～2.5mW/cm2，并且光辐照反应过程中保持对聚氯乙烯微塑料进行搅拌。
本发明的一种新型荧光性聚氯乙烯微塑料，采用上述的一种新型荧光性聚氯乙烯微塑料的合成方法制备得到。
本发明的一种研究微塑料生物毒性的方法，包括以下步骤：
S10、将受试生物大型溞置于烧杯中，加入培养液进行培养；
S20、将出生24h以内的大型溞新生儿进行饥饿处理，持续暴露于上述的一种新型荧光性聚氯乙烯微塑料中进行毒性试验；
S30、毒性试验期间保持振荡培养来获得良好的悬浮的荧光性聚氯乙烯微塑料，根据聚氯乙烯微塑料的荧光性检测大型溞新生儿的存活率和繁殖率。
优选地，步骤S10中，所述培养液包含222mg L-1CaCl2、60mg L-1MgSO4、65mg L- 1NaHCO3和6mg L-1KCl。
优选地，步骤S20中，加入的新型荧光性聚氯乙烯微塑料悬浮液的浓度为0.001～1000mg L-1。
优选地，步骤S20中，所述大型溞新生儿持续暴露于新型荧光性聚氯乙烯微塑料悬浮液的时间为72h。
本发明的一种研究微塑料生物毒性的方法，具体步骤为：
S10、将受试生物大型溞置于烧杯中，加入培养液进行培养，调节培养液的pH为7～8，每天喂食，隔天换水；
S20、将6～24小时大型溞新生儿置于烧杯中进行饥饿处理，而后向烧杯中加入浓度为0.001～1000mg L-1的所述新型荧光性聚氯乙烯微塑料悬浮液，在恒温培养箱20℃～25℃下进行培养，并且进行光照14h，黑暗处理10h；
S30、毒性测试期间保持振荡培养来获得良好的悬浮的荧光性聚氯乙烯微塑料，72h后记录大型溞新生儿的死亡率，根据聚氯乙烯微塑料的荧光性检测其存活率和繁殖率。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种新型荧光性聚氯乙烯微塑料的合成方法，无需添加外源荧光分子，在一定pH值和光辐照条件下能够有效降解广泛使用的聚氯乙烯(PVC)微塑料，并且可以同时实现PVC微塑料的荧光性；
(2)本发明的一种新型荧光性聚氯乙烯微塑料，有效避免了荧光性微塑料合成过程中必须添加外源荧光染料分子，由于外源分子的附着而改变微塑料表面理化性质的问题；
(3)本发明的一种新型荧光性聚氯乙烯微塑料，可直接接应用于微塑料的生物毒性分析，不依附于外部荧光性染料分子的光辐照生产荧光，这将有利于了解微塑料在食物链中的转移机制。
附图说明
图1为本发明的一种新型荧光性聚氯乙烯微塑料的合成方法的原理示意图；
图2为本发明中PVCvirgin(a)和PVCaltered(b)的电子扫描电镜图像；
图3为本发明中PVCvirgin(a)和PVCaltered(b)的傅里叶红外光谱图；
图4为本发明中PVCvirgin(a)和PVCaltered(b)的拉曼光谱图；
图5为本发明中PVCvirgin(a)和PVCaltered(b)的荧光激发发射矩阵光谱图；
图6为本发明的毒性试验中大型溞肠道内荧光性聚氯乙烯微塑料的分布情况。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
如图1所示，本发明的一种新型荧光性聚氯乙烯微塑料的合成方法，包括将一定纯度(AR分析纯)的0.04g PVC微塑料颗粒溶于40mL水(超纯水，18.2MΩcm)中，配置得到1g L-1的PVC微塑料悬浮母液，并用0.1M NaOH和HCl调节pH值为7.0～8.0(优选7.0±0.2)，而后采用2.1mW/cm2(500W)汞灯进行光辐照反应，光辐照反应过程中保持对PVC微塑料进行搅拌，搅拌速率为400rpm，并且光辐照反应的反应时间为4～5天，反应温度为20℃～30℃，在一定pH和光辐照条件下PVC微塑料发生还原脱氯和氧加成，从而合成得到荧光性聚氯乙烯微塑料。
采用本发明的一种新型荧光性聚氯乙烯微塑料进行毒性试验，对微塑料生物毒性进行研究。研究微塑料生物毒性的方法的具体步骤为：
S10、将受试生物大型溞置于150mL烧杯中，使用含有222mg L-1CaCl2、60mg L- 1MgSO4、65mg L-1NaHCO3和6mg L-1KCl的培养液进行培养，并且加入0.1M NaOH和0.1M HCl调整培养液pH为7.8±0.2，以绿藻为日食料，培养密度为10mL/只，每天喂食，隔天换水；
S20、为了证实毒性结果的准确性，只在单性生殖三代以上的幼年蚤被用于毒性暴露。将10只6～24小时大型溞新生儿置于150mL烧杯中进行饥饿处理，而后向烧杯中加入100mL的浓度为0.001～1000mg L-1的本发明所述的新型荧光性聚氯乙烯微塑料悬浮液，在恒温培养箱20℃～25℃下进行毒性试验，并且进行光照14h，黑暗处理10h；
S30、毒性测试期间保持振荡培养来获得良好的悬浮的荧光性聚氯乙烯微塑料，72h后记录大型溞新生儿的死亡率，根据聚氯乙烯微塑料的荧光性检测其存活率和繁殖率。
需要说明的是，大型溞新生儿的不移动被定义为毒理学终点死亡率，表现为从烧杯底部轻轻搅拌测试悬浮液时，大水蚤在15秒内不能恢复运动。
实施例1
本实施例的一种新型荧光性聚氯乙烯微塑料的合成方法，其具体步骤为：
(1)制备PVC微塑料悬浮液(1g L-1)的模拟天然水溶液(40mL)，调节pH＝7.0±0.2；
(2)将PVC微塑料悬浮液置于XPA-7型旋转反应器中进行光辐照反应，以500w汞灯(北京电光源研究所)为辐照源，反应温度维持在25℃，在光照射周期5天内保持磁搅拌，使PVC微塑料颗粒变化均匀，使用圆柱形石英冷阱和循环冷却水系统。
使用扫描电子显微镜(FEG Quanta 250,FEI Co.,Netherland)对本实施例的新型荧光性聚氯乙烯微塑料进行表征，观察PVCvirgin和PVCaltered的外观结构，在图像收集之前，通过溅射涂布器在微塑料表面涂上一层一层的黄金，以优化光学对比度。SEM图像如图2(a)和图2(b)所示，PVCvirgin微塑料表面平整光滑，而PVCaltered表面变得粗糙。
实施例2
本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：
使用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR，Bruker tensor 27)对新型荧光性聚氯乙烯微塑料进行表征。如图3(a)和图3(b)所示，PVCvirgin样品中2952,1429,1335,1253,963,838,696和619cm-1处的红外吸收峰分别为C-H拉伸，-CH-变形，-CH2-变形，-CH-摇摆，反式-CH摆动，-CH2-摇摆，等规顺序的C-Cl拉伸和PVC间规顺序的C-Cl拉伸。光辐照老化后，PVCaltered在1600、1720和3350cm-1附近出现了三个新的吸收带，分别对应C＝C、C＝O和O-H拉伸模式。烯烃和含氧部分的形成表明，在室温条件下，PVC微塑料暴露在紫外线下发生了脱氯化氢和氧化反应。
实施例3
本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：
使用拉曼光谱仪(XploRA PLUS，Jobin Yvon，HORIBA Scientific)对新型荧光性聚氯乙烯微塑料进行表征。如图4所示，观察到PVCvirgin在636/699、1115和1435cm-1处的特征拉曼峰，分别为C-Cl拉伸、C-C弯曲和C-H弯曲。然而，光辐照老化过程后，PVCaltered的这些信号减弱，伴有基线增强，这可能与荧光的产生有关。
许多化合物在0～500nm激光照射下表现出荧光活性，由于其荧光背景较强，对拉曼光谱的记录有显著影响。由于拉曼散射比荧光弱，一旦杂质或被分析物发出足够的荧光光，拉曼探测器就会被淹没，从而遮蔽或掩盖PVC微塑料的特征拉曼峰。因此，PVC微塑料在光照射后能够发出荧光。
尽管PVC微塑料的拉曼光谱被荧光严重遮挡，但在1545cm-1和1677cm-1处仍有新的峰出现，分别是共轭C＝C和C＝O拉伸。C＝C的拉伸频率(v2)是共轭C＝C序列长度(n)的函数(方程式(1))。根据拉曼光谱，v2＝1545cm-1，因此计算PVCaltered的n值为7.5。因此，PVC微塑料的光转化可促进产生序列长度为0～7的多烯结构。由于多烯结构中存在共轭π键，π-π*电子跃迁产生荧光，且能量消耗较低。
v2＝1461+151.24e-0.07808n (1)
实施例4
本实施例的基本内容同实施例1，不同之处在于：
采用配备了激发和发射单色仪的荧光分光光度计(Fluorolog,Johin Yvon SPEX,New Jersey)来记录PVCvirgin和PVCaltered微塑料的荧光光谱。三维荧光光谱图进一步证实了光老化PVC微塑料的荧光特性。
如图5所示，PVCvirgin和PVCaltered的最大发射强度依赖于激发波长。PVCvirgin的最大发射强度发生在最短的激发波长(即300nm)，而光改变后的PVC微塑料的最大发射强度在激发波长365nm处显著增加。这表明光辐照过程可以延长PVC微塑料的激发波长超过60nm。
光辐照老化后的PVC微塑料在激发波长400～500nm处比未光辐照老化的PVC微塑料粒子表现出更强的荧光。由于荧光显微镜下绿色通道和红色通道的激发波长分别在420-485nm和460-550nm范围内，光辐照老化PVC微塑料在不附着外部荧光分子的情况下，表现出作为荧光标记微塑料的巨大潜力。
实施例5
本实施例采用实施例1合成得到的新型荧光性聚氯乙烯微塑料进行毒性试验，其具体步骤为：将受试生物大型溞置于150mL烧杯中培养，使用含有222mg L-1CaCl2、60mg L- 1MgSO4、65mg L-1NaHCO3和6mg L-1KCl的培养液进行培养，并且加入0.1M NaOH和0.1M HCl调整培养液pH为7.8±0.2。以绿藻为日食料。培养密度为10mL/只，每天喂食，隔天换水，毒性试验在恒温培养箱20～25℃中进行，每天光照14h，黑暗处理10h。将出生24h以内的大型溞进行饥饿处理，持续暴露于1mg L-1荧光性聚氯乙烯微塑料中72h，根据聚氯乙烯微塑料的荧光性检测其存活率和繁殖率。
如图6所示，暴露过程中，运用荧光显微镜察肠道微塑料的分布情况，图中展示了荧光性聚氯乙烯微塑料在大型溞体内从摄入到分布到整个消化道，最后被排泄，验证了荧光性聚氯乙烯微塑料荧光自示踪的效果。
以上示意性的对本发明及实施方式进行描述，该描述没有限制性，所用的数据也只是本发明的实施方式之一，实际的数据组合并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本方面创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的实施方式及实施例，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种新型荧光性聚氯乙烯微塑料的合成方法，其特征在于：包括将聚氯乙烯微塑料颗粒溶于水中，配置得到聚氯乙烯微塑料悬浮液；调节所述聚氯乙烯微塑料悬浮液的pH值，而后进行光辐照反应，得到荧光性聚氯乙烯微塑料。
2.根据权利要求1所述的一种新型荧光性聚氯乙烯微塑料的合成方法，其特征在于：将所述聚氯乙烯微塑料悬浮液的pH值调节至7～8。
3.根据权利要求1所述的一种新型荧光性聚氯乙烯微塑料的合成方法，其特征在于：所述聚氯乙烯微塑料悬浮液的浓度为0.8～1.2g L-1。
4.根据权利要求1所述的一种新型荧光性聚氯乙烯微塑料的合成方法，其特征在于：所述光辐照反应的反应时间为4～5天，反应温度为20～30℃，光辐照强度为2.0～2.5mW/cm2，并且光辐照反应过程中保持对聚氯乙烯微塑料进行搅拌。
5.一种新型荧光性聚氯乙烯微塑料，其特征在于：采用权利要求1-4中任一项所述的一种新型荧光性聚氯乙烯微塑料的合成方法制备得到。
6.一种研究微塑料生物毒性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10、将受试生物大型溞置于烧杯中，加入培养液进行培养；
S20、将出生24h以内的大型溞新生儿进行饥饿处理，持续暴露于如权利要求5所述的一种新型荧光性聚氯乙烯微塑料中进行毒性试验；
S30、毒性试验期间保持振荡培养来获得良好的悬浮的荧光性聚氯乙烯微塑料，根据聚氯乙烯微塑料的荧光性检测大型溞新生儿的存活率和繁殖率。
7.根据权利要求6所述的一种研究微塑料生物毒性的方法，其特征在于：步骤S10中，所述培养液包含222mg L-1 CaCl2、60mg L-1 MgSO4、65mg L-1 NaHCO3和6mg L-1 KCl。
8.根据权利要求6所述的一种研究微塑料生物毒性的方法，其特征在于：步骤S20中，加入的新型荧光性聚氯乙烯微塑料悬浮液的浓度为0.001～1000mg L-1。
9.根据权利要求6所述的一种研究微塑料生物毒性的方法，其特征在于：步骤S20中，所述大型溞新生儿持续暴露于新型荧光性聚氯乙烯微塑料悬浮液的时间为72h。
10.根据权利要求6所述的一种研究微塑料生物毒性的方法，其特征在于，具体步骤为：
S10、将受试生物大型溞置于烧杯中，加入培养液进行培养，调节培养液的pH为7～8，每天喂食，隔天换水；
S20、将6～24小时大型溞新生儿置于烧杯中进行饥饿处理，而后向烧杯中加入浓度为0.001～1000mg L-1的所述新型荧光性聚氯乙烯微塑料悬浮液，在恒温培养箱20℃～25℃下进行培养，并且进行光照14h，黑暗处理10h；
S30、毒性测试期间保持振荡培养来获得良好的悬浮的荧光性聚氯乙烯微塑料，72h后记录大型溞新生儿的死亡率，根据聚氯乙烯微塑料的荧光性检测其存活率和繁殖率。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111653852.7A CN114292422B (zh) | 2021-12-30 | 2021-12-30 | 一种荧光性聚氯乙烯微塑料及其合成方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111653852.7A CN114292422B (zh) | 2021-12-30 | 2021-12-30 | 一种荧光性聚氯乙烯微塑料及其合成方法与应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114292422A true CN114292422A (zh) | 2022-04-08 |
| CN114292422B CN114292422B (zh) | 2023-06-02 |
Family
ID=80973762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111653852.7A Active CN114292422B (zh) | 2021-12-30 | 2021-12-30 | 一种荧光性聚氯乙烯微塑料及其合成方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114292422B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115572411A (zh) * | 2022-10-27 | 2023-01-06 | 南京大学 | 一种荧光性聚苯乙烯微塑料及其制备方法与应用 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09208774A (ja) * | 1996-02-02 | 1997-08-12 | Yazaki Corp | 蛍光性ポリ塩化ビニルテープおよび蛍光性ポリ塩化ビニル粘着テープ |
| CN104448108A (zh) * | 2014-12-15 | 2015-03-25 | 湖南科技大学 | 两亲性多色光开关荧光聚合物纳米粒子及其制备方法 |
| CN107160585A (zh) * | 2017-07-06 | 2017-09-15 | 南京大学 | 一种制备颗粒状和薄片状荧光标记微塑料的方法 |
| CN108587102A (zh) * | 2018-04-17 | 2018-09-28 | 暨南大学 | 一种金属有机荧光配合物标记的环境微塑料及制备方法与应用 |
| CN113213616A (zh) * | 2021-04-27 | 2021-08-06 | 四川大学 | 用于表面活性剂废水处理的天然生物膜载体的制备方法 |
| CN113311144A (zh) * | 2021-05-20 | 2021-08-27 | 江南大学 | 一种基于大型溞行为学指标评估微塑料毒性的方法 |
| CN113498408A (zh) * | 2019-02-27 | 2021-10-12 | 洛桑联邦理工学院 | 塑料材料降解为对苯二甲酸(tpa)、乙二醇和/或形成该塑料材料的其他单体 |
-
2021
- 2021-12-30 CN CN202111653852.7A patent/CN114292422B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09208774A (ja) * | 1996-02-02 | 1997-08-12 | Yazaki Corp | 蛍光性ポリ塩化ビニルテープおよび蛍光性ポリ塩化ビニル粘着テープ |
| CN104448108A (zh) * | 2014-12-15 | 2015-03-25 | 湖南科技大学 | 两亲性多色光开关荧光聚合物纳米粒子及其制备方法 |
| CN107160585A (zh) * | 2017-07-06 | 2017-09-15 | 南京大学 | 一种制备颗粒状和薄片状荧光标记微塑料的方法 |
| CN108587102A (zh) * | 2018-04-17 | 2018-09-28 | 暨南大学 | 一种金属有机荧光配合物标记的环境微塑料及制备方法与应用 |
| CN113498408A (zh) * | 2019-02-27 | 2021-10-12 | 洛桑联邦理工学院 | 塑料材料降解为对苯二甲酸(tpa)、乙二醇和/或形成该塑料材料的其他单体 |
| CN113213616A (zh) * | 2021-04-27 | 2021-08-06 | 四川大学 | 用于表面活性剂废水处理的天然生物膜载体的制备方法 |
| CN113311144A (zh) * | 2021-05-20 | 2021-08-27 | 江南大学 | 一种基于大型溞行为学指标评估微塑料毒性的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李富云;贾芳丽;涂海峰;孙翠竹;李锋民;: "海洋中微塑料的环境行为和生态影响" * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115572411A (zh) * | 2022-10-27 | 2023-01-06 | 南京大学 | 一种荧光性聚苯乙烯微塑料及其制备方法与应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114292422B (zh) | 2023-06-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Serrà et al. | Highly reduced ecotoxicity of ZnO-based micro/nanostructures on aquatic biota: Influence of architecture, chemical composition, fixation, and photocatalytic efficiency | |
| Jiang et al. | Effective E. coli inactivation of core-shell ZnO@ ZIF-8 photocatalysis under visible light synergize with peroxymonosulfate: Efficiency and mechanism | |
| Zhang et al. | A novel cadmium-containing wastewater treatment method: Bio-immobilization by microalgae cell and their mechanism | |
| Osinga et al. | Cultivation of marine sponges | |
| Zhang et al. | In vivo characterization of hair and skin derived carbon quantum dots with high quantum yield as long-term bioprobes in zebrafish | |
| Schiavo et al. | Testing ZnO nanoparticle ecotoxicity: linking time variable exposure to effects on different marine model organisms | |
| Ren et al. | Green process of biomass waste derived fluorescent carbon quantum dots for biological imaging in vitro and in vivo | |
| CN105154474B (zh) | 红色纳米硒的生物制备方法 | |
| CN114292422A (zh) | 一种新型荧光性聚氯乙烯微塑料及其合成方法与应用 | |
| Xu et al. | Photoluminescence of Tilapia skin collagen: Aggregation-induced emission with clustering triggered emission mechanism and its multiple applications | |
| Lu et al. | A two-stage degradation coupling photocatalysis to microalgae enhances the mineralization of enrofloxacin | |
| Liu et al. | Target-oriented synthesis of high synthetic yield carbon dots with tailored surface functional groups for bioimaging of zebrafish, flocculation of heavy metal ions and ethanol detection | |
| Xu et al. | Toxicological effects of nanoplastics and phenanthrene to zebrafish (Danio rerio) | |
| Rajeshkumar et al. | Evaluation of zebrafish toxicology and biomedical potential of aeromonas hydrophila mediated copper sulfide nanoparticles | |
| Pariyarath et al. | Phycoremediation of tetracycline via bio-Fenton process using diatoms | |
| Ding et al. | Highly efficient and recyclable Z-scheme heterojunction of Ag3PO4/g-C3N4 floating foam for photocatalytic inactivation of harmful algae under visible light | |
| CN106967647B (zh) | 一种叶氏假交替单胞菌及其应用方法 | |
| Datta et al. | Synthesis of agarose-metal/semiconductor nanoparticles having superior bacteriocidal activity and their simple conversion to metal-carbon composites | |
| Fei et al. | Improving astaxanthin production of Haematococcus pluvialis on the outdoor large scale cultivation by optimizing the disinfection strategy of photobioreactor | |
| Xiang et al. | Dual drive acute lethal toxicity of methylene blue to Daphnia magna by polystyrene microplastics and light | |
| Mingming et al. | Toxic effects of micro (nano)-plastics on terrestrial ecosystems and human health | |
| Yan et al. | Effects of representative quantum dots on microorganisms and phytoplankton: a comparative study | |
| Wang et al. | Changes of extracellular polymeric substance (EPS) during Microcystis aeruginosa blooms at different levels of nutrients in a eutrophic microcosmic simulation device | |
| CN103613178B (zh) | 一种杀藻剂在控制微囊藻水华中的用途 | |
| Junaid et al. | Interactive impacts of photoaged micro (nano) plastics and co-occurring chemicals in the environment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |