DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-35218-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41507337
تاريخ النشر: 2026-01-08
المؤلف: Afsaneh Esmaeili Nasrabadi وآخرون
الموضوع الرئيسي: الميكروبلاستيك وتلوث البلاستيك
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تأثير الأوزون على الخصائص الفيزيائية والكيميائية لجزيئات البلاستيك الدقيقة من بولي كلوريد الفينيل (PVC MPs) وقدرتها على امتصاص صبغة الكريستال البنفسجي (CV). شملت التحليلات عينات من PVC جديدة وعينات قديمة بالأوزون، باستخدام تقنيات مثل مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، وميكروسكوبية المسح الإلكتروني بالانبعاث الميداني (FESEM)، ومطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX)، وتشتت الضوء الديناميكي (DLS)، وقياسات الجهد الزتاوي (ZP).
تشير النتائج إلى أن الأوزنة تغير بشكل كبير الخصائص السطحية والتركيب الكيميائي لجزيئات PVC الدقيقة، مما يعزز كفاءتها في امتصاص صبغة CV. تسهم هذه الأبحاث في فهم الآثار البيئية لجزيئات البلاستيك الدقيقة وتفاعلها مع الملوثات، مما يبرز إمكانية استخدام الأوزون كطريقة علاجية لتحسين إزالة الصبغات من مصادر المياه الملوثة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الدور الحاسم للبلاستيك، وخاصة بولي كلوريد الفينيل (PVC)، في المجتمع الحديث، بينما تتناول أيضًا التحديات البيئية التي تطرحها إنتاجها والتخلص منها. يعتبر PVC مثيرًا للقلق بشكل خاص بسبب حجم إنتاجه الكبير، ومتانته، ومقاومته للتحلل، مما يؤدي إلى تكوين جزيئات البلاستيك الدقيقة (MPs) من خلال عمليات مثل انقسام سلسلة البوليمر والأكسدة السطحية الناتجة عن الضغوط البيئية. تُعرف جزيئات البلاستيك الدقيقة بأنها جزيئات بلاستيكية أصغر من 5 مم، وهي شائعة في النظم البيئية المائية والبرية، حيث تسهل خصائصها الكارهة للماء ونسبة السطح إلى الحجم الكبيرة امتصاص ونقل الملوثات العضوية.
على الرغم من الأبحاث الواسعة حول مسارات شيخوخة PVC، لا تزال العواقب البيئية لجزيئات البلاستيك الدقيقة من PVC المعرضة للشيخوخة الكيميائية، وخاصة تفاعلاتها مع الملوثات العضوية، غير مفهومة بشكل كافٍ. غالبًا ما تتجاهل الدراسات الحالية التأثيرات المحددة لعمليات الشيخوخة الكيميائية على قدرة امتصاص الملوثات لهذه الجزيئات الدقيقة، وهو أمر حاسم لتقييم تأثيرها البيئي. تضع المقدمة الأساس لمزيد من التحقيق في سلوك الامتصاص لجزيئات PVC المشتقة من الشيخوخة وآثارها على ديناميات الملوثات في البيئات المائية.
طرق
تحدد قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح اختيار المواد، بما في ذلك الكواشف والمعدات المحددة المستخدمة، بالإضافة إلى البروتوكولات المتبعة لضمان قابلية التكرار وموثوقية النتائج. يتم وصف المنهجيات بطريقة منظمة، مع تسليط الضوء على أي تحليلات إحصائية تم إجراؤها لتفسير البيانات.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم معلومات حول إعداد العينات، والظروف التجريبية، والضوابط المنفذة للتحقق من النتائج. يضمن هذا النهج الشامل أن تكون نتائج الدراسة مستندة إلى ممارسات علمية صارمة، مما يسمح بإجراء تقييمات دقيقة واستنتاجات من البيانات المجمعة.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في سلوك امتصاص صبغة الكريستال البنفسجي (CV) على جزيئات البلاستيك الدقيقة من PVC المعرضة للشيخوخة، مع التركيز بشكل خاص على تأثيرات الأوزون كعملية شيخوخة محكومة. تسلط الأبحاث الضوء على أن الصبغات الاصطناعية، مثل CV، تشكل مخاطر بيئية كبيرة بسبب استقرارها وسميتها. وُجد أن الأوزنة تعزز قدرة امتصاص جزيئات البلاستيك الدقيقة من PVC من خلال إدخال مجموعات وظيفية تحتوي على الأكسجين وزيادة خشونة السطح، مما يحسن بشكل جماعي من إمكانيات التفاعل مع الصبغات الكاتيونية. استخدمت الدراسة تقنيات توصيف متنوعة، بما في ذلك مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR) وميكروسكوبية المسح الإلكتروني بالانبعاث الميداني (FESEM)، لتحليل التغيرات في الكيمياء السطحية والشكل بعد الأوزنة.
تشير النتائج إلى أن جزيئات البلاستيك الدقيقة من PVC المعرضة للشيخوخة أظهرت زيادة ملحوظة في كفاءة الامتصاص، حيث ارتفعت من 52.62% لـ PVC الجديد إلى 76.55% لـ PVC المعالج بالأوزون. يُعزى هذا التحسين إلى كل من التعديلات الكيميائية، مثل تكوين مجموعات الهيدروكسيل والكربونيل، والتغيرات الفيزيائية، بما في ذلك زيادة مساحة السطح وتقليل البلورية. كشفت نمذجة الديناميكا أن عملية الامتصاص تخضع بشكل أساسي للتفاعلات الفيزيائية، حيث يوفر نموذج الترتيب الزائف من الدرجة الأولى أفضل ملاءمة. علاوة على ذلك، اقترحت تحليل الإيزوثيرم أن الامتصاص يحدث بشكل أساسي على مواقع متشابهة طاقيًا، متماشية مع نموذج لانغموير. بشكل عام، تؤكد الدراسة على الآثار البيئية لجزيئات البلاستيك الدقيقة من PVC المعرضة للشيخوخة كناقلات فعالة للملوثات السامة، مما يبرز دورها في البيئات المائية على الرغم من قدراتها المتواضعة نسبيًا في الامتصاص مقارنة بالمواد الممتصة الهندسية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-35218-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41507337
Publication Date: 2026-01-08
Author(s): Afsaneh Esmaeili Nasrabadi et al.
Primary Topic: Microplastics and Plastic Pollution
Overview
This study investigated the impact of ozonation on the physical and chemical properties of polyvinyl chloride microplastics (PVC MPs) and their capacity to adsorb crystal violet (CV) dye. The analysis involved both virgin and ozone-aged PVC samples, employing techniques such as Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), field emission scanning electron microscopy (FESEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), dynamic light scattering (DLS), and zeta potential (ZP) measurements.
The findings indicate that ozonation significantly alters the surface characteristics and chemical composition of PVC MPs, enhancing their adsorption efficiency for CV dye. This research contributes to understanding the environmental implications of microplastics and their interaction with pollutants, highlighting the potential for ozonation as a treatment method to improve the removal of dyes from contaminated water sources.
Introduction
The introduction highlights the critical role of plastics, particularly polyvinyl chloride (PVC), in modern society, while also addressing the environmental challenges posed by their production and disposal. PVC is notably concerning due to its high production volume, durability, and resistance to degradation, which leads to the formation of microplastics (MPs) through processes such as polymer chain scission and surface oxidation induced by environmental stressors. MPs, defined as plastic particles smaller than 5 mm, are prevalent in aquatic and terrestrial ecosystems, where their hydrophobic properties and large surface-to-volume ratio facilitate the adsorption and transport of organic pollutants.
Despite extensive research on the aging pathways of PVC, the environmental consequences of chemically aged PVC microplastics, particularly their interactions with organic contaminants, remain inadequately understood. Existing studies often overlook the specific effects of chemical aging processes on the pollutant uptake capacity of these microplastics, which is crucial for assessing their environmental impact. The introduction sets the stage for further investigation into the adsorption behavior of aged PVC-derived MPs and their implications for pollutant dynamics in aquatic environments.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the selection of materials, including specific reagents and equipment used, as well as the protocols followed to ensure reproducibility and reliability of results. The methodologies are described in a systematic manner, highlighting any statistical analyses performed to interpret the data.
Additionally, the section may include information on sample preparation, experimental conditions, and controls implemented to validate the findings. This comprehensive approach ensures that the study’s results are grounded in rigorous scientific practices, allowing for accurate assessments and conclusions to be drawn from the data collected.
Discussion
In this study, the adsorption behavior of crystal violet (CV) onto aged PVC microplastics was investigated, particularly focusing on the effects of ozonation as a controlled aging process. The research highlights that synthetic dyes, such as CV, pose significant environmental risks due to their stability and toxicity. Ozonation was found to enhance the adsorption capacity of PVC microplastics by introducing oxygen-containing functional groups and increasing surface roughness, which collectively improve the interaction potential with cationic dyes. The study utilized various characterization techniques, including Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy and Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM), to analyze changes in surface chemistry and morphology post-ozonation.
The findings indicate that aged PVC microplastics exhibited a notable increase in adsorption efficiency, rising from 52.62% for virgin PVC to 76.55% for ozonated PVC. This enhancement is attributed to both chemical modifications, such as the formation of hydroxyl and carbonyl groups, and physical alterations, including increased surface area and reduced crystallinity. Kinetic modeling revealed that the adsorption process is primarily governed by physical interactions, with the pseudo-first-order model providing the best fit. Furthermore, isotherm analysis suggested that adsorption predominantly occurs on energetically similar sites, aligning with the Langmuir model. Overall, the study underscores the ecological implications of aged PVC microplastics as effective vectors for toxic pollutants, emphasizing their role in aquatic environments despite their relatively modest adsorption capacities compared to engineered sorbents.