一种用于高盐环境的微塑料提取方法

本发明属于微塑料，具体涉及一种用于高盐环境的微塑料提取方法。

背景技术：

1、微塑料（microplastics，mps）是指直径小于5 mm的塑料颗粒，已成为人类世中普遍存在的全球性环境污染物，对生物多样性、生态系统功能以及人类健康构成潜在风险。绝大多数微塑料污染研究聚焦于陆地、海洋和淡水等常规生态系统，而针对高盐湖泊等特殊局部环境的系统性研究仍相对匮乏。高盐湖泊盐度通常超过15 g/l（常达200-300 g/l），具有高盐度、高矿化度、强蒸发作用以及盐晶包埋、离子诱导聚集等极端环境特征，导致微塑料与盐矿物（石膏、岩盐等）形成共沉淀复合体，同时易被盐晶包裹并发生表面风化，使传统提取方法难以将微塑料从复杂基质中高效分离并完整保留其原始形态（如圆度、实度、纵横比及纤维比例等关键参数）。现有提取工艺在该类样品中普遍存在小尺寸微塑料损失严重、形态损伤明显等问题，直接影响后续激光直接红外成像（ldir）等高通量表征的准确性，进而制约高盐湖泊微塑料污染水平评估及生态风险研究的科学性。

2、目前微塑料提取技术的主流思路是利用塑料颗粒与环境基质在密度、化学性质等方面的差异，实现分离与纯化。主要技术路径包括：（1）密度分离法，利用高密度盐溶液使微塑料上浮而矿物颗粒下沉；（2）有机质消化法，采用氧化剂、酸或碱去除干扰性有机残留；（3）过滤/浓缩步骤，将提取物富集至便于后续表征的状态。

3、比如，现有技术方案主要为常规密度分离结合有机质消化的方法，典型代表包括基于nacl溶液的密度分离与h2o2消化法、基于nai溶液的密度分离法、基于nabr溶液的循环提取法以及基于hcl或naoh的酸/碱消化法。这些方案在普通环境基质中被广泛采用，但在高盐湖泊复杂基质中对盐晶包埋和离子聚集的破坏能力有限，针对高盐湖泊特有的盐晶包埋、离子聚集和高矿化干扰问题，适用性显著不足，易导致小尺寸颗粒回收率低以及微塑料形态损伤。

4、目前，也有现有技术cn 121231113 a、cn 117554152 a、cn 121190589 a等分别对沉积物样品实施“先nabr密度分离后h2o2消化”，卤水样品实施“先h2o2消化后nabr密度分离”，从而保护微塑料颗粒的形貌。

5、上述现有技术方案虽在常规基质中取得一定效果，但均存在以下固有技术缺陷，导致其无法适用于高盐湖泊卤水和盐结壳沉积物这一特殊环境样品的高效提取：第一，现有技术方案均未意识到高盐湖泊环境中盐晶包埋和离子诱导聚集这一核心干扰问题。现有基质中微塑料的主要干扰为有机质、蜡质层或生物膜，不存在盐晶对微塑料的物理包埋和化学共沉淀作用，因此直接应用于高盐湖泊样品时，大量微塑料因被盐晶包裹而无法有效释放，导致小尺寸颗粒（<100 μm）回收率显著偏低。第二，现有技术方案中对多次分离或二次分离的设置均为简单的重复提取操作，目的在于提高回收率，而非实现特定的净化功能。导致采用现有技术提取出的微塑料表面易黏附胶体杂质，严重影响后续激光直接红外成像（ldir）等表征技术对小尺寸颗粒的识别准确度和形态参数的获取。第三，现有技术方案在形态保护方面缺乏系统性设计。现有技术虽然也避免了强酸强碱，但提取过程中多采用机械操作，对已风化脆弱的微塑料可能造成机械损伤，难以最大限度地保留微塑料的原始形态参数。第四，现有技术方案的工艺参数均针对各自特定的常规基质优化，不具备对高盐湖泊样品的适配性，无法直接转移应用于高盐湖泊样品。

6、概言之，现有技术均未针对高盐湖泊特有的盐晶包埋、离子诱导聚集和高矿化干扰进行流程顺序优化，也未系统兼顾小尺寸颗粒回收率与形态完整性的协同保护，因此在高盐环境样品中表现出明显局限性。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种用于高盐环境的微塑料提取方法，以克服现有技术的缺陷。

2、为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

3、本发明的第一个方面提供了一种用于高盐环境的微塑料提取方法，其包括：

4、对盐结壳沉积物预处理，之后进行一次密度分离，得到上清液，对所述上清液进行过滤，得到载有微塑料的第一滤膜；

5、对卤水进行初始过滤，得到载有微塑料的第二滤膜；

6、使所述载有微塑料的第一滤膜、载有微塑料的第二滤膜分别进行有机质消化；

7、对有机质消化后的第一滤膜、第二滤膜分别进行二次过滤与清洗，使清洗后的第一滤膜、第二滤膜分别进行二次密度分离，经后处理，得到微塑料提取物。

8、在一些实施方案中，所述预处理包括：将所述盐结壳沉积物于50~60℃烘干，之后粉碎，得到粒径＜5 mm的盐结壳沉积物粉末。

9、在一些实施方案中，所述一次密度分离具体包括：对所述盐结壳沉积物粉末与分离剂混合均匀，经超声处理、静置，取上清液，重复进行3~4次，得到所述上清液。

10、进一步地，所述分离剂为饱和盐溶液，所述分离剂包括饱和nabr溶液。

11、进一步地，所述盐结壳沉积物粉末与饱和nabr溶液的配比按质量体积比计为1 g: 10 ml~1 g : 20 ml。

12、更进一步地，所述盐结壳沉积物粉末与饱和nabr溶液的质量体积比为1 g : 12ml~~1 g : 18 ml。

13、再进一步地，所述盐结壳沉积物粉末与饱和nabr溶液的质量体积比为为 1 g :15 ml。

14、进一步地，所述超声处理的时间为5~10min，功率为15~20w。

15、进一步地，所述静置的时间为24~48h。

16、在一些实施方案中，所述有机质消化具体包括：采用消化剂对载有微塑料的第一滤膜、第二滤膜分别于50-60℃进行所述有机质消化24~48h，去除有机质。

17、在一些优选的实施方案中，所述消化剂为过氧化氢。示例性的，采用30wt% h2o2溶液对载有微塑料的第一滤膜、第二滤膜分别于50-60℃下进行所述有机质消化24~48h，去除有机质。所述消化剂的用量为使所述有机质完全消化时为止。

18、在一些实施方案中，所述提取方法具体包括：对经有机质消化后的第一滤膜、第二滤膜分别进行二次过滤，并采用分离剂清洗。

19、在一些实施方案中，所述二次密度分离具体包括：将清洗后的第一滤膜、第二滤膜分别与分离剂混合均匀，经超声处理、静置，得到上清液，重复进行3~4次，完成所述二次密度分离。

20、进一步地，在所述二次密度分离中，每片滤膜配用饱和nabr溶液100~200 ml。

21、更进一步地，在所述二次密度分离中，每片滤膜配用饱和nabr溶液150 ml。

22、进一步地，所述超声处理的时间为5~10min，功率为15~20w。

23、进一步地，所述静置的时间为24~48h。

24、在一些实施方案中，所述后处理包括：将经二次密度分离得到的上清液进行过滤，之后对载有微塑料的第一滤膜、第二滤膜分别依次进行烘干、超声处理、清洗，所得清洗液分别再经浓缩得到所述微塑料提取物。

25、在一些实施方案中，所述第一滤膜和第二滤膜均为10 μm的不锈钢滤膜。

26、在一些实施方案中，所述微塑料提取方法对微塑料<100 μm的回收率在80%以上。

27、在一些更为具体的实施方案中，所述微塑料的提取方法具体包括如下步骤：

28、（一）盐结壳沉积物样品提取流程

29、样品预处理：将采集的盐结壳沉积物样品置于烘箱中于50~60℃烘干，直至恒重；随后压碎、充分混合均匀，通过5 mm土壤筛筛分。

30、首次密度分离：将预处理后的沉积物样品置于玻璃烧杯中，加入饱和nabr溶液（ρ=1.5 g/ml），其中所述盐结壳沉积物粉末与饱和nabr溶液的质量体积比为1 g : 10 ml~1 g: 20 ml。用玻璃棒充分搅拌均匀，在15~20 w功率下进行超声处理5~10 min，随后再次搅拌均匀，并用少量nabr溶液冲洗玻璃棒。将混合物静置24~48 h，使上清液与沉降基质充分分层，微塑料充分上浮并破坏盐晶包埋结构和离子诱导聚集复合体。上清液转移至另一干净大烧杯中。该首次密度分离重复进行3~4次，得到所述上清液。将合并后的上清液通过10 µm不锈钢滤膜进行真空过滤，所得不锈钢滤膜上载有微塑料。

31、h2o2有机质消化：将载有微塑料的10 μm不锈钢滤膜转移至干净小烧杯或三角瓶中，加入30% h2o2溶液，所述30% h2o2溶液的用量为每片滤膜20~60 ml，优选为30~50 ml；之后置于50~60℃恒温烘箱或摇床中消化24~48 h，直至残留有机质被去除。消化过程中需根据反应情况补加适量30% h2o2，当补加h2o2后不再产生明显气泡，则认为消化完成。

32、二次过滤与清洗：消化完成后将消化液过滤至10 µm不锈钢滤膜上，将滤膜置于烧杯中用饱和nabr溶液充分清洗滤膜。

33、二次密度分离：重复首次密度分离步骤3~4次（搅拌、超声、静置、上清液收集），有效捕获消化后仍黏附或残留的微塑料颗粒。每片滤膜配用饱和nabr溶液100~200 ml。

34、最终过滤、干燥与浓缩：将收集得到的上清液通过10 μm不锈钢滤膜过滤，滤膜于50℃烘干；随后将滤膜置于150 ml小烧杯中，加入10~20ml无水乙醇，在15~20 w功率下超声处理5~10 min，并用无水乙醇清洗滤膜上的颗粒物，将所有颗粒物质转移至溶液中，最终浓缩至2 ml样品瓶中，得到微塑料提取物。

35、在本发明中，第一次密度分离旨在去除可溶性盐和轻质杂质、初步解离盐结壳；消化去除有机质后，第二次密度分离针对被释放的微塑料（尤其是<100 μm颗粒）进行回收，避免消化过程中盐晶重结晶或残留有机质-盐晶复合体对小颗粒的二次包埋，两步骤产生了协同效果。在高盐环境下，相比常规"单次密度分离+消化"方法，<100 μm的微塑料颗粒回收率显著提升且破碎率显著降低。

36、（二）卤水样品提取流程

37、初始过滤：将采集的卤水样品直接通过10 μm不锈钢滤膜进行真空过滤，截留微塑料及相关颗粒于滤膜上，以富集水样中的颗粒物。

38、h2o2有机质消化：将载有颗粒的滤膜置于150 ml玻璃烧杯/三角瓶中，加入30%h2o2溶液，其中，所述30% h2o2溶液的用量为每片载有颗粒的滤膜20~60 ml，优选为30~50ml；于50~60℃恒温烘箱或摇床中消化24~48 h。同样在消化过程中，补加少量30% h2o2观察反应情况，直至补加h2o2后不再产生明显气泡，有机质完全消化为止。

39、过滤与密度分离：消化完成后过滤样品，用饱和nabr溶液进行3~4次密度分离，每次静置24~48 h后收集上清液；。

40、最终过滤、干燥与浓缩：将上清液通过10 μm不锈钢滤膜过滤，滤膜于50℃烘干；随后置于小烧杯中，加入无水乙醇，在15 ~20w功率下超声处理5~10 min，并漂洗滤膜上的颗粒物，所得溶液浓缩至2 ml样品瓶中，得到微塑料提取物。

41、在上述步骤方法中，本发明针对沉积物样品采用“初次密度分离、h2o2消化、二次密度分离”的处理顺序。初次nabr密度分离可优先去除大部分高密度矿物颗粒和盐类固体，破坏部分盐晶包埋和矿物黏附结构，从而减少后续消化过程中的基质负荷；随后采用h2o2去除残留有机质和生物膜，进一步释放被有机物包覆或黏附的mps。消化后再次进行nabr密度分离，则有助于使仍滞留于细粒矿物、有机残留或滤膜表面的颗粒重新参与浮选过程，降低mps在过滤和转移环节中的损失，提高整个提取流程的完整性和稳定性。

42、与沉积物不同，盐湖卤水中大颗粒矿物的含量通常相对较低，其主要干扰来自高浓度溶解盐、悬浮颗粒、嗜盐微生物及其形成的生物膜。同时，卤水在过滤和浓缩过程中发生盐晶析出，造成mps包埋、滤膜堵塞或颗粒转移损失。因此，在本发明中卤水样品首先通过过滤对悬浮mps及相关颗粒物进行富集，再对滤膜截留物进行h2o2消化，以去除生物膜和有机包覆物，减弱颗粒团聚及有机残留对后续分析的影响；随后采用nabr密度分离，进一步去除无机悬浮颗粒和析出盐晶等干扰，并实现mps的再次纯化与浓缩。该处理顺序体现了卤水样品以“过滤富集和控制盐晶干扰”为重点，而沉积物样品以“去除固体矿物基质和释放包埋颗粒”为重点的流程差异。

43、因此，本发明通过“差异化工艺顺序”实现各功能模块的精准协同：沉积物样品先进行多次nabr密度分离，优先破坏高盐环境中的盐晶包埋和矿物共沉淀结构，再以h2o2温和消化去除残留有机质，避免消化过程中矿物干扰导致的二次团聚；卤水样品则先h2o2消化破坏生物膜黏附，再进行密度分离，确保大体积样品中微塑料的高效浓缩。二次密度分离步骤（仅沉积物流程）形成闭环提取机制，进一步捕获残留颗粒。整个流程中，10 μm不锈钢滤膜作为核心过滤组件，既保证<100 μm小尺寸颗粒的高截留率，又具备耐化学腐蚀和可重复使用的优点；50~60℃控温条件兼顾h2o2氧化效率与微塑料形态保护；无水乙醇超声清洗步骤实现最终纯化，避免水分残留对后续激光直接红外成像（ldir）表征的影响。

44、相较于现有技术，本发明至少具有以下的有益效果：

45、（1）首次针对盐晶包埋问题实现工艺顺序的根本性突破。本发明首次揭示了高盐湖泊微塑料提取失效的根本机理，并基于此机理设计了颠覆性的差异化工艺顺序：针对盐结壳沉积物采用先nabr密度分离后h2o2消化，结合二次密度分离，优先用高密度nabr溶液物理破坏盐晶结构，将被包埋的微塑料提前释放；针对卤水样品则采用先h2o2消化后nabr密度分离的逆向流程，先破除生物膜黏附再进行密度分离。这一基于极端环境微观机理的顺序设计，使得原本被盐晶束缚无法释放的小尺寸微塑料得以高效回收，从根本上解决了高盐基质中微塑料提取失效的难题。

46、（2）本发明将二次密度分离明确设置在h2o2消化步骤之后，并赋予其全新的技术目的，其不再是简单的重复提取，而是作为消解后的化学纯化步骤，专门用于去除消化过程中产生的纳米级有机胶体碎片。这一创新设计有效避免了胶体与微塑料的异相聚集，使得提取出的微塑料在圆度、纵横比等关键形态参数上最大程度保留了原始环境状态，为后续基于形貌的生态风险评估提供了可靠基础。

47、（3）本发明将形态保护从单一的避免化学腐蚀提升到系统性高度，通过多维度协同实现：采用温和的30% h2o2与50℃低温避免热损伤；全程无机械剪切（静置沉降，不采用离心或机械倾倒）避免物理破碎；采用无水乙醇超声清洗作为终处理，避免水分残留导致的团聚和形变，同时有效分散可能团聚的微塑料颗粒，确保后续ldir等表征技术对颗粒计数的准确度和光谱识别的信噪比。

48、（4）本发明通过大量对比实验，针对高盐湖泊基质的特殊理化性质优化得到了精确的参数范围。这一精确的参数体系确保了工艺在不同批次、不同实验室间的稳定性和可重复性，为高盐湖泊微塑料提取标准化方法的确立提供了数据支撑。