《Environment & Health》：Washable Face Masks: An Emerging Source of Metal and Nanoparticle Contamination in Aquatic Environments
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为揭示声称添加金属纳米粒子的可水洗口罩在丢弃后对水环境的污染风险，研究者系统调查了三种市售口罩（Ag-、Cu-、Pt-口罩）。结果表明，口罩是多种金属（Ag、Cu、Cr、Ni、Pb、Sb）及其纳米粒子的非忽略污染源，洗涤剂会促进释放，长期浸泡导致纳米粒子尺寸增大。研究强调需加强环境风险评估及监管。
在COVID-19大流行之后，口罩已成为全球性的日常防护用品，其消耗量一度达到每月约1290亿只的峰值。其中，声称添加了金属纳米颗粒（Metal Nanoparticles, MNPs）（如银、铜、铂纳米颗粒）以增强抗菌抗病毒性能的可水洗、可重复使用口罩，因其宣称的延长使用寿命和增强防护性能而市场份额大增。然而，当这些口罩使用寿命终结或被不当丢弃后，它们不仅会像普通塑料制品一样，贡献微纤维等持久性塑料污染，其内部“镶嵌”的MNPs也可能从口罩基体中脱离，释放到周围环境中。这些尺寸微小、比表面积大的纳米颗粒一旦进入水生环境，可能通过吸附、细胞内存、离子溶解等多种途径被生物累积，并沿食物链传递，最终对人类健康构成潜在威胁。更复杂的是，在口罩生产过程中，除了故意添加的“目标”MNPs，作为催化剂、阻燃剂、颜料或稳定剂使用的各种金属化合物，也可能无意中被引入，使得最终产品中含有多样化的金属。那么，这些可水洗抗菌口罩在实际使用、洗涤和废弃后，究竟会不会成为水环境中金属和纳米颗粒的“泄漏源”？各种金属是以离子形式还是纳米颗粒形式释放？它们的释放行为有何规律？回答这些问题，对于全面评估这类产品的环境风险、制定科学的监管和报废管理策略至关重要。为此，研究人员开展了一项针对性的研究，其成果发表在《Environment》期刊上。
为探究上述问题，研究团队采购了三种市售的、声称分别添加了Ag NP、Cu NP和Pt NP的可水洗口罩（分别命名为Ag-口罩、Cu-口罩、Pt-口罩）。研究采用了几个关键技术方法：首先，利用扫描电子显微镜-能谱仪（SEM-EDS）对口罩纤维形貌及表面附着颗粒的元素组成进行表征。其次，通过酸消解结合常规电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析，定量了口罩中九种目标金属（Ag、Cu、Pt、As、Cd、Cr、Ni、Pb、Sb）的总含量。研究的核心是浸出实验，分别使用超纯水（模拟自然水体接触）和0.4%十二烷基硫酸钠（SDS，一种常见洗涤剂成分，模拟洗涤过程）作为浸提液，将口罩纤维浸泡72小时。最后，创新性地应用单颗粒电感耦合等离子体质谱（Single-Particle Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, SP-ICP-MS）技术，对浸出液中的金属进行形态分析，能够区分并定量溶解的离子态和完整的纳米颗粒态，从而更精准地揭示MNPs的释放行为。
3.1. 口罩的表征
通过SEM-EDS分析，在Ag-口罩和Cu-口罩的纤维表面观察到了明显的颗粒团聚结构，并检测到了对应的Ag或Cu元素信号，证实了MNPs的存在。然而，在声称含有Pt NP的Pt-口罩中，并未检测到Pt的相关信号。对口罩的酸消解和ICP-MS分析进一步揭示了金属组成：除Pt、As和Cd在所有样品中均低于检测限外，所有口罩均检测到可测量的Ag、Cu、Cr、Ni、Pb和Sb，表明在生产过程中广泛并入了多种金属。例如，某些Ag-口罩的Ag含量极高，而某些Cu-口罩的Cu含量更是达到了百万ng/cm2纤维量级。值得注意的是，Pt-口罩中非故意添加的Ag反而成为了主导金属。这些非故意添加的金属（如Cr、Ni、Pb、Sb）并不稳定地结合在纤维上，容易浸出，是潜在的环境金属污染源。
3.2. 不同溶剂中金属和MNPs的浸出性
浸出实验证实，所有检测到的金属都能从口罩中释放到超纯水和SDS溶液中，且同时存在离子态和纳米颗粒态。研究得出几个关键结论：首先，口罩中金属总含量高，通常会导致浸出液中该金属的浓度更高。例如，Ag含量最高的Ag-口罩-1和-5释放的Ag及其纳米颗粒显著高于其他口罩。其次，洗涤剂SDS能促进大多数金属（Ag、Cu、Cr、Pb、Ni）及其纳米颗粒的释放，并促使释放出初始尺寸相对更大的纳米颗粒。相反，锑（Sb）在超纯水中的浸出性更高。最后，无论是Ag还是Cu，释放的金属中离子态占绝大多数（通常超过95%），纳米颗粒态只占很小一部分。
3.3. 不同溶剂中MNPs的共释放
研究首次关注了多种MNPs的同步释放行为。相关性分析发现，在Cu-口罩的浸出液中，Cu NP和Pb NP的浓度之间存在显著的正相关关系。这表明这两种元素可能具有相似的浸出动力学，或者由于生产过程中的关联而在口罩基体内共存，从而导致它们被共同释放。这种MNPs的共释放可能产生共享的生态毒性途径和复合生物效应，增加了环境风险评估的复杂性。
3.4. Ag NPs和Cu NPs的释放动力学
通过对72小时内不同时间点浸出液的取样分析，研究人员揭示了MNPs释放的动力学演变规律。Ag NP和Cu NP的释放速率随时间推移逐渐下降并最终趋于稳定，表明浸出接近平衡状态。更有趣的发现是关于颗粒尺寸的变化：随着浸泡时间延长，释放出的Ag NP和Cu NP的平均尺寸逐渐增大，且尺寸分布范围变宽（多分散性增加）。此外，SDS中MNPs的平均尺寸始终大于超纯水中的。这些结果表明，长期浸泡不仅持续释放颗粒，还会驱动已释放颗粒在水相中发生聚集生长（可能通过颗粒迁移与聚结机制），从而改变其环境归趋和潜在生物效应。
3.5. 口罩可能构成不可忽视的金属和MNP污染风险
基于浸出实验结果，研究者评估了不当丢弃口罩可能带来的环境风险。估算表明，在设定的降雨情景下，单只口罩的瞬时释放量可使水体中Ag、Cu和Sb的浓度超过饮用水甚至工业废水的相关标准限值。更值得警惕的是，从Ag-口罩和Cu-口罩中浸出的Ag和Cu浓度，超过了其对藻类的半数效应浓度（EC50），表明其对水生生物具有直接毒性风险。虽然非故意添加的金属（Pb、Sb、Cr、Ni）的浸出浓度低于其各自的EC50，但多种金属的复合浸出及其可能产生的联合毒性效应（协同或拮抗），使得实际环境风险更为复杂。
本研究通过系统的实验和分析，得出了明确结论：可水洗的金属纳米颗粒增强型口罩是不当丢弃后水环境中金属和多类型纳米颗粒污染的一个不可忽视的来源。研究证实，生产过程中会无意引入多种金属（Ag、Cu、Cr、Ni、Pb、Sb），它们都能从口罩中浸出。洗涤剂（SDS）通常会促进大多数金属及其纳米颗粒的释放。释放出的金属主要以离子形式存在，但纳米颗粒态同样存在，且其尺寸会随浸泡时间延长而增长。不同金属的MNPs（如Cu NP和Pb NP）可能存在共释放现象。这些发现从机理上深入阐释了市售口罩中MNPs的释放及释放后的转化行为。
该研究的意义重大。首先，它填补了关于可水洗抗菌口罩这一特定产品类别环境释放行为的系统研究空白，特别是首次应用SP-ICP-MS技术对多种金属的纳米颗粒形态进行了同步、定量分析。其次，研究揭示了产品宣称（如含Pt）与实际成分（未检出Pt，却含Ag）可能存在的显著差异，强调了第三方独立检测验证的必要性。最后，也是最重要的，研究以扎实的数据警示，大量使用的功能性口罩在其生命周期末端可能成为一个重要的扩散污染源。这为环境科学家和监管机构敲响了警钟，强调必须加强对纳米技术消费品，特别是个人防护用品的全生命周期环境风险评估。基于本研究，论文提出了具体的政策建议，包括为纺织品防护设备设立有毒元素（如Sb、Pb）的浓度限值、对纳米功能产品进行强制性认证，以及在可水洗抗菌口罩包装上明确标示洗涤相关的释放风险等，从而为制定更系统的废弃处理程序和监管标准提供了关键的科学依据。
