Въздушните мехурчета върху пластмасите освобождават микропластмаси във водата

Въздушните мехурчета върху пластмасите освобождават микропластмаси във водата

Невидимите микромехурчета, които се образуват върху ежедневните пластмаси, могат да отделят микроскопични фрагменти, разкривайки нискоенергиен и широко разпространен път на пластмасово замърсяване, което се случва навсякъде, където водата среща пластмаса.

проучване:Ерозията, причинена от микромехурчета, освобождава микро- и нанопластмаси във водата. Снимка: Ennachii/Shutterstock.com

Ново проучване, ръководено от изследователи от Тринити Колидж в Дъблин, Ирландия, съобщава, че въздушните мехурчета, образувани върху пластмасови повърхности, могат да доведат до повърхностна ерозия и фрагментация и да предизвикат освобождаването на повърхностно свързани и трудни за откриване микро- и нанопластмаси във водата. Изследването е публикувано в спНаучни постижения.

Защо е важно да разберем скритите източници на микропластмаса

Микро- и нанопластмасите (MNPs) са широко разпространени микрозамърсители във водна среда, които имат вредно въздействие върху околната среда, дивата природа и човешкото здраве. Тези замърсители могат да бъдат открити на всяко ниво на хранителната верига и дори в различни органи на човешкото тяло. Според последните оценки хората поглъщат до 90 000 микропластмаси годишно само чрез бутилирана вода.

MNP се характеризират с малкия си размер на частиците, силни адхезионни свойства и изразената им способност да се натрупват в човешката тъкан. Натрупването на микропластмаси в човешката тъкан е свързано с повишен риск от сериозни сърдечно-съдови усложнения и е свързано с невродегенеративни заболявания.

Съществуващите доказателства сочат, че MNPs се освобождават от пластмасови обеми във вода чрез механично разграждане или ултравиолетово (UV) излагане. Въпреки това проучвания, изследващи влиянието на водни фактори като въздушни мехурчета, pH и соленост върху производството на MNP, до голяма степен липсват, въпреки близкия контакт между пластмасите и водата във водна среда.

Като се имат предвид потенциалните ефекти върху здравето на MNPs, важно е да се разберат механизмите, които са в основата на образуването и освобождаването на MNPs, за да се разработят ефективни стратегии за смекчаване. Сред различните механизми за генериране на MNP, ролята на въздушните мехурчета привлече значително внимание.

Въздушните мехурчета, които се образуват предимно върху пластмасови повърхности при подходящи водни и повърхностни условия, могат да отделят свободни частици от тези повърхности и да ги отнесат във водата. Малки мехурчета, прикрепени към MNP, могат да променят техните физически свойства като повърхностно напрежение, плътност и транспортно поведение.

По отношение на начина на действие, наличните открития показват, че напреженията, причинени от въздушни мехурчета върху пластмасови повърхности поради вътрешно налягане, могат да доведат до повърхностни пукнатини. Като се вземе предвид този начин на действие, настоящото проучване имаше за цел да изследва ролята на въздушните мехурчета в генерирането на MNP върху повърхностите на типичните пластмаси.

Микромехурчетата разяждат пластмасовите повърхности без външна енергия

Проучването установи, че малки въздушни мехурчета, които се образуват спонтанно, когато водните условия позволяват върху типични пластмасови повърхности, могат да разрушат повърхностните дефекти и да предизвикат освобождаването на MNP. Тези събития се случиха независимо и успоредно с механичното разграждане на масата или индуцираното от ултравиолетовите лъчи окислително разграждане на пластмасови повърхности, вместо да заменят тези механизми.

Фрагментирането на пластмасови повърхности, причинено от въздушни мехурчета, се получава в широк диапазон от температури (25°C до 95°C) и в различни типове вода, включително дейонизирана вода, чешмяна, речна и морска вода, с по-бързо и по-обширно освобождаване, наблюдавано при повишени температури.

По отношение на начина на действие, проучването показа, че образуването, разширяването и движението на въздушни мехурчета върху пластмасови повърхности генерират локални срязващи и капилярни напрежения, способни да разтварят и деформират полимерен материал с ниско молекулно тегло в местата на повърхностни дефекти, които са механично по-малко стабилни от по-голямата част от пластмасата, което води до освобождаване на MNPs във водата.

Този механизъм на генериране на MNP чрез въздушни мехурчета е различен от други широко изследвани механизми. По време на UV-индуцираното окислително разграждане е необходим продължителен поток от високоенергийни фотони, за да се разрушат полимерните връзки. Това обикновено се равнява на месеци до години слънчева светлина или енергоемки лабораторни лампи.

По същия начин механичното разграждане изисква непрекъснато подаване на външно налягане чрез вълни, пясък, промишлено смилане или турбулентни миксери за разграждане на полимерни структури.

Въздушните мехурчета, от друга страна, се образуват без необходимост от допълнително механично движение или лъчиста мощност, след като са изпълнени подходящи условия, и не изискват привнасяне на външна енергия извън вече съществуващите междинни сили. Повърхностното напрежение на мехурчетата осигурява локални сили, които отделят нискомолекулен, нискокристален материал от дефекти, което означава, че енергията, движеща повърхностната фрагментация, идва директно от междинната свободна енергия, която вече присъства в системата.

Взети заедно, тези резултати предполагат, че предизвиканата от въздушни мехурчета фрагментация на пластмасови повърхности е наистина нискоенергиен път за освобождаване на MNP и се появява навсякъде, където вода и пластмасови повърхности влизат в контакт, включително ежедневни и естествени водни среди.

Образуването на въздушни мехурчета зависи от два фактора: качеството на водата и физикохимичните свойства на пластмасовите повърхности. При високи температури разтворимостта на газа във вода намалява, което насърчава образуването и растежа на въздушни мехурчета върху пластмасови повърхности. По същия начин по-високите нива на разтворен кислород и по-ниските нива на сол осигуряват допълнителен разтворен газ за образуването на въздушни мехурчета.

В допълнение, хидрофобните полимери като полипропилен и полиетилен имат присъщи повърхностни дефекти и са особено подходящи за образуване на въздушни мехурчета поради увеличеното улавяне на газ.

Тези механизми предполагат, че фрагментацията на пластмасови повърхности, причинена от въздушни мехурчета и последващото освобождаване на MNPs, може да бъде модифицирана чрез настройка на параметри на околната среда като типове вода, температура на експозиция, разтворен кислород, соленост и UV лъчение, както и пластмасови свойства като типове пластмаса, повърхностни дефекти, прикрепване на биофилм, молекулно тегло и степен на кристалност.

Изследователите смятат, че техните открития ще стимулират по-нататъшни проучвания за ролята на водните фактори и разработването на стратегии за ограничаване на изпускането на пластмасови замърсители.

Изтеглете вашето PDF копие сега!

източници: