海岸带环境中大塑料和微塑料的组成、鉴别及来源研究 ——以黄海桑沟湾为例

论文摘要

海岸带作为海陆交汇的区域,同时受到人为活动以及潮汐、海流等自然因素的影响,容易聚集大量的塑料垃圾。长时间聚集在潮滩上的大块塑料垃圾,经过光照、风浪等环境作用,易破碎形成小塑料或者微塑料。破碎后形成的微塑料尺寸较小,表面特征不完整,其来源较难识别。目前,微塑料的研究多集中于类型、丰度、分布和生态风险方面,对于微塑料来源的追溯主要通过形貌和成分来判断,缺乏直接或间接的证据。因此,本研究以我国山东省荣成市黄海桑沟湾潮滩及东楮岛为研究区,通过查阅文献及野外调查,总结了能够识别大塑料和微塑料来源的方法,建立了大塑料和微塑料来源识别的技术方法体系;通过调查不同来源的大塑料及微塑料的颜色、类型、形貌、成分等特征,建立起可查询的大塑料与微塑料来源清单;并以此为基础,识别了桑沟湾潮滩大塑料及微塑料来源;最后通过室内模拟大塑料在潮滩环境中的破碎过程,探讨不同种类微塑料形成过程中的变化特征及影响因素,模拟检验了海岸环境中次生微塑料的形成过程。本研究主要结果如下:（1）通过文献收集和野外调查,总结了能够识别大塑料和微塑料特征的系列方法,包括目视法、显微镜法、形貌法、成分法、官能团法和粒径法等。目视法和显微镜法主要识别大塑料和微塑料的颜色、尺寸和类型;形貌法识别微塑料表面的微观形貌,如裂缝、凸起等;成分法识别大塑料和微塑料的聚合物成分;官能团法与成分法相结合,识别聚合物表面的官能团变化;粒径法则是通过对比不同尺寸大塑料及微塑料的形态和成分特征,识别微塑料来源。（2）经过对桑沟湾东楮岛大塑料及微塑料调查,收集了来源于养殖、生活、休闲娱乐以及农业种植过程产生的大塑料,将这些大塑料按照来源、用途、形状、颜色、聚合物成分以及可能破碎形成的微塑料类型等特征,进行等级分类,列表整理出可供查询的大塑料与微塑料源清单,并附上每一类大塑料照片,以便于进行直观比较;利用相机取证了多种不同类型的大塑料破碎成微塑料的照片,证明了环境中大塑料可破碎而形成微塑料。（3）通过桑沟湾潮滩大塑料和微塑料的调查,以已建立的大塑料及微塑料源清单为基础,再运用微塑料来源识别技术方法体系,认为桑沟湾潮滩微塑料部分来源于养殖活动过程使用的聚乙烯浮子、聚苯乙烯泡沫浮筒、聚氨酯海绵、聚乙烯纤维渔绳以及聚丙烯薄膜绳。（4）在大塑料破碎成微塑料的过程中,紫外线照射可导致微塑料表面变色、变形、变薄、变脆等,聚合物表面出现-OH,C=O,C-O等含氧官能团,表明微塑料聚合物内部发生了氧化反应;随着风化时间的增长,聚合物表面粗糙度增加,呈现凹凸不平的状态,逐渐出现褶皱和裂纹;经过沙砾物理性磨损,变薄变脆的大塑料破碎形成次生微塑料;通过收集观测聚丙烯编织袋和聚丙烯薄膜破碎形成的次生微塑料,发现微塑料丰度随着风化时间的延长而增加,而尺寸逐渐变小。本研究将大塑料与微塑料来源鉴别技术方法体系和来源清单相结合,有效识别了桑沟湾潮滩大塑料及微塑料的来源,为海岸带环境中微塑料来源鉴别提供了新思路和新方法,为实现微塑料的源头管控提供了科学方法和依据。

论文目录

摘要

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第1章绪论

1.1 海岸带环境中大塑料组成及来源

1.1.1 大塑料垃圾组成

1.1.2 大塑料垃圾来源

1.2 海岸带环境中微塑料的组成及来源

1.2.1 微塑料组成

1.2.2 微塑料来源

1.3 次生微塑料形成过程

1.4 微塑料来源解析研究进展

1.5 本研究目的意义、科学问题、研究内容及技术路线

1.5.1 目的与意义

1.5.2 科学问题

1.5.3 研究内容及技术路线

第2章海岸带环境中大塑料和微塑料鉴别方法

2.1 引言

2.2 目视法

2.3 显微镜法

2.4 形貌法

2.5 成分法与官能团法

2.6 粒径法

2.7 大塑料和微塑料来源鉴别技术方法体系

2.8 小结

第3章黄海桑沟湾海岸环境大塑料和微塑料来源清单

3.1 研究区域概况

3.2 材料与方法

3.2.1 样品采集

3.2.2 样品处理

3.3 结果与讨论

3.3.1 大塑料及微塑料源清单制定

3.3.2 东楮岛潮滩大塑料丰度和组成特征

3.3.3 大塑料风化的证据

3.4 小结

第4章桑沟湾海岸环境大塑料与微塑料组成和来源分析

4.1 引言

4.2 研究区域概况

4.3 材料与方法

4.3.1 样品采集

4.3.2 样品的分离与鉴定

4.3.3 质控措施与数据处理

4.4 结果与讨论

4.4.1 大塑料组成、丰度及来源

4.4.2 不同尺寸大塑料及微塑料的相关性分析

4.4.3 大塑料及微塑料的成分与特征

4.4.4 微塑料来源识别

4.5 小结

第5章次生微塑料产生、表面变化及其影响因素的试验研究

5.1 引言

5.2 材料与方法

5.2.1 供试材料

5.2.2 主要仪器及参数设置

5.2.3 样品前处理

5.2.4 实验设计

5.3 结果与讨论

5.3.1 塑料表面特征变化

5.3.2 不同类型聚合物表面官能团变化

5.3.3 不同聚合物类型微观形貌变化

5.3.4 聚丙烯编织袋和聚丙烯薄膜大塑料破碎形成微塑料

5.3.5 影响次生微塑料形成的因素

5.4 小结

第6章总讨论与总结论

6.1 总讨论

6.1.1 海岸带环境中大塑料和微塑料鉴别方法

6.1.2 黄海桑沟湾大塑料及微塑料来源识别

6.2 塑料垃圾及微塑料污染管控建议

6.3 总结论

6.4 论文创新点

6.5 研究不足与展望

参考文献

附录1：大塑料及微塑料来源清单

附录2：大塑料破碎成小塑料或微塑料照片

致谢

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 赵新月

导师: 骆永明

关键词: 大塑料,微塑料,源清单,源识别,桑沟湾

来源: 中国科学院大学(中国科学院烟台海岸带研究所)

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 海洋学,环境科学与资源利用

单位: 中国科学院大学(中国科学院烟台海岸带研究所)

分类号: X55

总页数: 99

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海岸带环境中大塑料和微塑料的组成、鉴别及来源研究 ——以黄海桑沟湾为例

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