形状对模型微塑料异聚集的影响:一项模拟研究

纳米塑料与微塑料对环境的威胁日益加剧,尤其在水生栖息地中。为评估其对生态系统的影响及可能的解决策略,有必要研究微塑料(MP)在环境中的归趋。MP 通常被天然有机质包围,这可导致其聚集。然而,MP 形状与流动条件对此异聚集的影响尚不清楚。为弥补这一空白,我们模拟了不同 MP 形状与较小球形有机质的异聚集。我们证明形状对聚集体结构有强烈影响。表面大多光滑的 MP 形成了具有大量邻居、连接强度弱且分形维数较高的致密结构。带棱角的 MP 聚集成具有更少邻居但连接更强的更分形结构。利用 MPCD,我们研究了剪切流下的聚集体。球形与圆角立方体 MP 的聚集体发生破碎的临界剪切速率要大得多,即球体的致密聚集体结构胜过其较弱的连接强度。最值得注意的是,圆角立方体在剪切下表现出意料之外的高抗破碎性。我们将其归因于其因较弱而灵活的邻居连接而相当致密,这些连接仍足够强以阻止颗粒在剪切流中脱落。无论相邻 MP 间连接更强与否,立方体的分形聚集体在较低剪切速率下即破碎。我们发现立方体聚集体显著减小了其回转半径,表明发生了重构,而大多数邻居连接保持完好。然而,球形聚集体在保持整体尺寸的同时发生局部重排,破坏了相当部分的邻居相互作用。