微塑料作为钙-藻酸盐系统中膜污染的“促进剂”：多尺度热力学视角解析

本文揭示了微塑料（MPs）与钙离子（Ca2+）在藻酸盐（SA）体系中的浓度依赖性相互作用机制，通过多尺度热力学分析（XDLVO理论、Flory-Huggins理论）阐明MPs如何通过结构支架或凝胶-絮体转变调控膜污染（SFR），为含塑料废水超滤（UF）工艺的污染控制提供理论依据。

　　

Highlight

微塑料（MPs）作为不可忽视的污染物，因其与有机物及多价离子的复杂相互作用展现出独特的膜污染行为。本研究通过多尺度视角揭示了聚苯乙烯（PS）-藻酸钠（SA）体系中钙离子（Ca²⁺）浓度对膜污染的差异化影响：低Ca²⁺（0.2-0.4 mM）下，PS作为“结构支架”被SA-Ca²⁺链包裹，通过提升化学势（Flory-Huggins理论）使污染层持水能力增强，导致比过滤阻力（SFR）上升12.07%-14.79%；而高Ca²⁺（0.6-1.0 mM）下，凝胶-絮体转变引发界面排斥力增强，形成疏松污染层，SFR最大降低74.70%。

Filtration behavior in SA-Ca²⁺-PS composite systems

图3显示不同Ca²⁺浓度下SA与SA-PS溶液的SFR变化。PS虽未改变SA的污染趋势，但作为“促进剂”放大Ca²⁺波动效应：X射线光电子能谱（XPS）和分子模拟表明，低Ca²⁺时PS-SA-Ca²⁺三元网络稳定性提升，而高Ca²⁺时凝胶层解聚为絮体，界面斥力（XDLVO理论）显著降低膜表面粘附能。

Conclusions

实验证实PS通过调控SA-Ca²⁺聚集态结构双向影响膜污染：低浓度下“雪上加霜”，高浓度下“化敌为友”。该机制为塑料生产废水处理中膜污染精准防控提供了热力学设计范式。