塑料污染已成為全球性環境問題，而塑料在環境中的降解會產生微塑料和納米塑料。納米塑料（NPs，尺寸小于100納米）因其更小的尺寸、更高的表面能和更強的反應性，對生態系統和人類健康造成潛在威脅。廢水處理廠作為塑料廢棄物的主要匯集點，在攔截和處理納米塑料方面發揮了重要作用。
納米塑料的來源
(5).png)
圖1 污水處理廠處理污水過程示意圖
在自然環境或廢水系統中，塑料廢棄物通過紫外線輻射、機械磨損和微生物降解分解為較小顆粒，ZUI終形成納米塑料。常見來源包括塑料袋、包裝材料、化妝品（如磨砂膏）和紡織品釋放的纖維。
廢水處理廠的收集過程：化妝品、清潔劑和合成紡織品在洗滌過程中釋放納米塑料；制造業排放的塑料顆粒和微粒；帶入環境中已存在的微塑料顆粒。
在污水處理過程中，由于機械攪拌、剪切力以及化學處理（如氧化劑和消毒劑），大顆粒微塑料進一步破碎形成納米塑料；生物處理（如活性污泥）可能釋放酶促反應，加速微塑料降解為更小的顆粒。
納米塑料的危害
納米塑料粒徑小，易通過廢水處理排放到地表水、地下水和海洋中，對生態系統造成持續威脅；納米塑料表面高比表面積和親脂性使其能吸附重金屬、持久性有機污染物（POPs）等毒性物質，形成二次污染；納米塑料可被浮游生物、魚類等誤食，進入食物鏈，干擾生物的生理和代謝功能。
納米塑料通過皮膚、呼吸道和消化道進入人體后，可引發炎癥反應、氧化應激和免疫失調；某些研究表明，納米塑料可能通過細胞膜進入細胞核，影響DNA復制，誘導基因突變；納米塑料具有生物累積性，可能引發慢性病。
納米塑料可能干擾污泥消化過程，降低厭氧消化效率；高濃度納米塑料會造成膜污染，增加處理成本和維護難度。
掃描電鏡分析納米塑料產生機制
irajum Monira等人模擬了污水處理廠處理大小為250微米和106微米的聚乙烯（PE）和聚苯乙烯（PS）微塑料的碎片機制。研究表明，水下剪切力范圍為32至100千焦/升的風化PS和PE顆粒進一步解體為納米大小的顆粒。同時利用SEM（FEI Quanta 200）進行表征。
(3).png)
圖2 PE和PS塑料顆粒的SEM圖像（平均尺寸250微米）
（a）塑料表面形成小顆粒（b）由于塑料表面的機械應力可見裂縫
（c）粗糙和損壞的表面（d）碎片過程后在塑料表面形成孔隙和空心
SEM分析揭示了PS和PE碎片化后顆粒的形態變化（例如表面、大小和形狀）。顆粒表現出粗糙、被損壞、多孔、不規則形狀、微裂紋和邊緣斷裂。值得注意的是，雖然這些特征可以增強抗生素和有毒污染物的吸附，但由于去除效率低下，導致它們通過污水處理廠在水環境中的傳播。
在SEM圖中，觀察到細小的塑料顆粒從裂縫以及損壞和粗糙的表面中脫落，為微顆粒和納米顆粒在廢水處理過程中的形成和釋放提供了證據。這些裂縫是由機械斷裂引起的，這種過程原子鍵或分子鍵的分離增加了材料的脆性，促進了進一步分解成更小的顆粒，包括NPs。在這種情況下，驅動MP碎片形成的主要機制是機械誘導的水剪力，這些力在各種污水處理過程中有效，如篩選、去除砂、沉積、混合、泵送和起泡。
賽默飛Apreo 2分析塑料樣品優勢
對于塑料或是其他非導電材料來說，使用高電壓拍攝往往會導致樣品荷電或產生電子束損傷，干擾拍攝，因此低電壓分辨率成為拍攝該類材料重要的參考指標。賽默飛超高分辨場發射掃描電鏡Apreo 2在1KV下擁有小于1nm的分辨率，兼具高質量成像和多功能分析性能于一體，采用雙引擎技術，超低電壓下可直接分析不導電樣品，尤其適用于PP、PE和PS等高分子塑料類樣品，并且無需做噴鍍處理，不會對樣品造成任何損傷。
如下圖所示，在500V低電壓下，直接將截面的PE塑料置于Apreo 2電鏡中，不會產生任何荷電和損傷，同時只需移動幾次鼠標，就可完成必要的合軸對中、消像散和圖像聚焦校正，即使電鏡初學者也能充分發揮Apreo 2的ZUI佳性能。通過電鏡結果，可以輕松觀察10W倍下PE截面顆粒大小及其分布。
(5).png)
圖3 PE截面100倍形貌圖
(5).png)
圖4：PE截面10W形貌圖
參考資料：
[1] Microplastic fragmentation into nanoplastics by water shear forces during wastewater treatment: mechanical insights and theoretical analysis
