基于金属-黄腐酸自组装网络的微纳塑料捕获追踪方法

本发明涉及水环境微纳塑料治理，具体是涉及基于金属-黄腐酸自组装网络的微纳塑料捕获追踪方法。

背景技术：

1、微纳塑料（mnps）向水环境的持续释放与迁移，正引发日益严峻的生态风险和潜在毒理健康威胁，相关研究已被密集报道。市政污水处理厂汇集了城市生活废水中携带的微纳塑料；而某些工业部门（如乳胶、涂料生产）则通过工业废水直接向环境排放大量微纳塑料。这些微纳塑料进入水生态循环后，可沿食物链传递，甚至被检出存在于人类肠道和生殖系统中，已有研究将其与特定病变相关联。作为一种完全人造的合成聚合物，微纳塑料继承了塑料制品经久耐用的特性，已成为当前水环境领域面临的最为棘手的新污染物之一。

2、现有水处理技术难以同步匹配微纳塑料的两大物质特征——化学顽固性与颗粒形态。其化学顽固性使得依赖降解的传统工艺（如活性污泥法、芬顿氧化）难以奏效，因此只能寄望于将其从水相中分离去除。超滤或纳滤膜技术虽能针对颗粒形态实现有效分离，但受限于较高的运行成本与膜堵塞问题。而颗粒形态又使得传统固相吸附材料（如活性炭）难以实现高效捕集。这一困境的根源在于传质路径的本质限制——塑料微粒与传统吸附剂之间属于固-固非均相接触，传质效率受限于颗粒向吸附剂表面的扩散与碰撞，且界面处存在显著的物理阻力。上述局限表明，开发针对微纳塑料的高效捕集方法与新材料，已成为保障水质安全的迫切需求。

3、古往今来，人们利用柔软的渔网从水体中高效捕获鱼类。受此启发，我们设想，可在水中编织一类具有纳米孔径的微观网络，用于微纳塑料的高效捕集。软物质为实现这一设想提供了理想的物质基础。区别于传统的刚性吸附材料，软物质是一类介于固态与液态之间的凝聚态物质，兼具液体的界面流动性与固体的结构约束性。利用有机大分子的长链结构作为“编织”基元，可构筑具有类凝胶网络状结构的软物质材料。更重要的是，部分软物质体系具有自组装特性，能够自发地、动态地完成这一“编织”过程。利用这一特性，构筑基元可从均相溶液出发，在目标塑料微球周围原位生长为非均相网络。这颠覆了传统固-固体系中受限的界面接触模式，将捕集过程从颗粒向固态界面的被动扩散，转变为相转变过程中新生界面的主动形成与覆盖，从而有望突破颗粒物界面传质效率低下的瓶颈。截至目前，这一动态自组装网络界面高效捕获微纳塑料的机制，仍是该领域一个尚未填补的研究空白。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题，本发明提供了基于金属-黄腐酸自组装网络的微纳塑料捕获追踪方法。

2、本发明的技术方案是：

3、基于金属-黄腐酸自组装网络的微纳塑料捕获追踪方法，包括以下步骤：

4、s1、污水处理：向待处理的含微纳塑料污水中同时投加al3+储备液和黄腐酸储备液，其中，al3+的投加量为3~12.5mg/l，黄腐酸的投加量为60~250mg/l，搅拌后使al3+与黄腐酸通过超分子动态自组装形成具有类凝胶网络结构的al3+-黄腐酸凝聚相，所述al3+-黄腐酸凝聚相在超分子动态自组装过程中同步捕获含微纳塑料污水中的微纳塑料；

5、s2、固液分离与可视化追踪：停止搅拌，使捕获有微纳塑料的al3+-黄腐酸凝聚相在重力作用下自发沉降，随后进行固液分离，同时，利用所述凝聚相的半透光性及其与微纳塑料之间的透光性差异，通过光学显微镜直接观察凝聚相内部被捕获的微纳塑料，实现原位可视化追踪。

6、进一步地，s1中，所述微纳塑料包括聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯中的一种或多种，粒径为50nm~5μm。

7、说明：上述微纳塑料种类覆盖了环境中常见微纳塑料类型及从纳米到微米的全尺度范围。

8、进一步地，s1中，检测待处理的含微纳塑料污水中微纳塑料的质量浓度，微纳塑料的质量浓度记为c，单位为mg/l，根据所述微纳塑料的质量浓度计算al3+和黄腐酸的投加量，计算公式如下：

9、a=0.05×c+2.5     （1）

10、b=c+50     （2）

11、其中，a为al3+的投加量，单位为mg/l，b为黄腐酸的投加量，单位为mg/l，c的取值范围为10mg/l≤c≤200mg/l。

12、说明：建立了浓度-投加量的定量数学模型，实现精准投加，避免药剂浪费；确保在不同污染程度下均能达到最优捕获效果，增强了方法的可操作性和重现性。

13、更进一步地，s1中，当c＜10mg/l时，按照c=10mg/l计算投加量，当c＞200mg/l时，按照c=200mg/l计算投加量。

14、说明：拓宽了方法的适用范围，在极低或极高浓度场景下仍能有效运行，确保极端条件下的处理可靠性。

15、进一步地，s1中，所述al3+储备液制备方法为：称取alcl3·6h2o溶于去离子水中，配制成al3+质量浓度为1~10g/l的al3+储备液，于4℃下冷藏保存。

16、说明：提供了al3+储备液的具体制备方案，确保al3+以离子态稳定存在，有利于后续与黄腐酸的快速交联反应，保证超快自组装的实现。

17、进一步地，s1中，所述黄腐酸储备液制备方法为：称取黄腐酸粉末，加入去离子水中，置于磁力搅拌器上搅拌至完全溶解，随后定容至目标体积，配制成黄腐酸质量浓度为1~2g/l的黄腐酸储备液。

18、说明：提供了黄腐酸储备液的具体制备方案，确保黄腐酸充分溶解并均匀分散，为后续与al3+的定比交联提供均相反应环境。

19、进一步地，s1中，搅拌反应0.5~2min，搅拌转速为100~500rpm。

20、说明：提供了适宜的搅拌条件：过低转速混合不均，过高转速可能破坏凝聚相结构；该转速范围既能保证al3+与黄腐酸充分混合接触，又避免对已形成凝聚相的剪切破坏。

21、进一步地，s2中，沉降30~60min，固液分离时用移液管收集上清液。

22、说明：明确了沉降时间窗口，保证凝聚相充分沉降的同时避免时间过长导致凝聚相底部压实影响观察。

23、进一步地，s2中，采用普通光学显微镜在明场模式或相差模式下观察al3+-黄腐酸凝聚相内粒径≥500nm的微纳塑料的形态与分布，采用透射电子显微镜结合‌能量色散x射线光谱仪观察al3+-黄腐酸凝聚相内粒径<500nm的微纳塑料的形态与分布。

24、本发明的有益效果是：

25、（1）本发明利用腐殖酸这种天然有机大分子的分子长链结构，在高价金属离子al3+的聚沉效应的诱导下，通过超分子动态自组装构建了一种具有类凝胶网络结构的al3+-黄腐酸凝聚相，能够对水中的微纳塑料颗粒实现高效捕集与分离，超分子动态自组装速度快，能够在30s内完成，远快于传统吸附材料活性炭的数小时和混凝沉淀的数十分钟，有望为水环境中微纳塑料污染的治理提供一种兼具高效捕集与原位检测功能的新策略。

26、（2）本发明同时还证实了al3+-黄腐酸凝聚相界面对水中微纳塑料的吸附是一个热力学自发过程，清洁组装，避免了二次污染。此外，al3+-黄腐酸凝聚相作为软物质网络与微纳塑料之间显著的透光性差异，使其成为一个理想的平台，可用于微纳塑料的可视化追踪。