Luftbobler på plast frigiver mikroplast i vandet

Luftbobler på plast frigiver mikroplast i vandet

Usynlige mikrobobler, der dannes på hverdagsplastik, kan smide mikroskopiske fragmenter og afsløre en lavenergi- og udbredt bane af plastikforurening, der opstår overalt, hvor vand møder plast.

Studere:Erosion forårsaget af mikrobobler frigiver mikro- og nanoplast i vandet. Fotokredit: Ennachii/Shutterstock.com

En ny undersøgelse ledet af forskere ved Trinity College Dublin, Irland, rapporterer, at luftbobler dannet på plastikoverflader kan føre til overfladeerosion og fragmentering og udløse frigivelse af tidligere overfladebundet og vanskeligt at opdage mikro- og nanoplastik i vandet. Undersøgelsen er publiceret i tidsskriftetVidenskabelige fremskridt.

Hvorfor det er vigtigt at forstå skjulte kilder til mikroplast

Mikro- og nanoplast (MNP'er) er udbredte mikroforurenende stoffer i vandmiljøer, der har skadelige virkninger på miljøet, dyrelivet og menneskers sundhed. Disse forurenende stoffer kan påvises på alle niveauer af fødekæden og endda i forskellige organer i den menneskelige krop. Ifølge de seneste skøn indtager mennesker op til 90.000 mikroplastik årligt alene gennem flaskevand.

MNP'er er karakteriseret ved deres lille partikelstørrelse, stærke adhæsionsegenskaber og deres udtalte evne til at akkumulere i humant væv. Akkumulering af mikroplast i menneskeligt væv er forbundet med en øget risiko for alvorlige kardiovaskulære komplikationer og er blevet forbundet med neurodegenerative sygdomme.

Eksisterende beviser tyder på, at MNP'er frigives fra plastik til vand gennem mekanisk nedbrydning eller ultraviolet (UV) eksponering. Der mangler dog stort set undersøgelser, der undersøger indflydelsen af ​​akvatiske faktorer såsom luftbobler, pH og saltholdighed på MNP-produktion, på trods af den tætte kontakt mellem plast og vand i vandmiljøer.

I betragtning af de potentielle sundhedseffekter af MNP'er er det vigtigt at forstå de mekanismer, der ligger til grund for dannelsen og frigivelsen af ​​MNP'er, for at udvikle effektive afbødningsstrategier. Blandt de forskellige mekanismer for MNP-generering har luftboblernes rolle fået betydelig opmærksomhed.

Luftbobler, som overvejende dannes på plastikoverflader under passende vand- og overfladeforhold, kan løsne løse partikler fra disse overflader og føre dem ud i vandet. Små bobler knyttet til MNP'er kan ændre deres fysiske egenskaber såsom overfladespænding, tæthed og transportadfærd.

Med hensyn til virkemåden indikerer de tilgængelige fund, at spændinger forårsaget af luftbobler på plastoverflader på grund af indvendigt tryk kan føre til overfladerevner. Under hensyntagen til denne virkemåde havde den aktuelle undersøgelse til formål at undersøge luftboblernes rolle i MNP-generering på overfladerne af typisk plast.

Mikrobobler eroderer plastoverflader uden ekstern energi

Undersøgelsen viste, at små luftbobler, der dannes spontant, når vandforholdene tillader det på typiske plastikoverflader, kan erodere overfladedefekter og udløse frigivelse af MNP'er. Disse hændelser fandt sted uafhængigt og parallelt med mekanisk bulk-nedbrydning eller UV-induceret oxidativ nedbrydning af plastoverflader, snarere end at erstatte disse mekanismer.

Fragmentering af plastoverflader forårsaget af luftbobler forekom over en lang række temperaturer (25°C til 95°C) og i forskellige vandtyper, herunder deioniseret vand, hane-, flod- og havvand, med hurtigere og mere omfattende frigivelse observeret ved høje temperaturer.

Med hensyn til virkemåde viste undersøgelsen, at dannelsen, ekspansionen og bevægelsen af ​​luftbobler på plastoverflader genererer lokale forskydnings- og kapillarspændinger, der er i stand til at opløse og deformere polymermateriale med lav molekylvægt på overfladedefektsteder, der er mekanisk mindre stabile end størstedelen af ​​plasten, hvilket resulterer i frigivelse af MNP'er i vandet.

Denne mekanisme til MNP-generering via luftbobler er forskellig fra andre meget undersøgte mekanismer. Under UV-induceret oxidativ nedbrydning kræves en vedvarende strøm af højenergifotoner for at bryde polymerbindinger. Dette svarer typisk til måneder til år med sollys eller energikrævende laboratorielamper.

Ligeledes kræver mekanisk nedbrydning en kontinuerlig tilførsel af eksternt tryk via bølger, sand, industriel fræsning eller turbulente blandere for at nedbryde polymerstrukturer.

Luftbobler, på den anden side, dannes uden behov for yderligere mekanisk bevægelse eller strålingskraft, når passende betingelser er opfyldt, og de kræver ikke nogen ekstern energiinput ud over de grænsefladekræfter, der allerede er til stede. Overfladespændingen af ​​bobler giver lokale kræfter, der løsner lavmolekylært, lavkrystallinsk materiale fra defekter, hvilket betyder, at den energidrivende overfladefragmentering kommer direkte fra den frie grænsefladeenergi, der allerede er til stede i systemet.

Sammenlagt tyder disse resultater på, at luftboble-induceret fragmentering af plastikoverflader er en virkelig lavenergi-vej for MNP-frigivelse og forekommer overalt, hvor vand og plastikoverflader kommer i kontakt, inklusive daglige og naturlige vandmiljøer.

Dannelsen af ​​luftbobler afhænger af to faktorer: vandkvaliteten og de fysisk-kemiske egenskaber af plastoverflader. Ved høje temperaturer falder gasopløseligheden i vand, hvilket fremmer dannelsen og væksten af ​​luftbobler på plastoverflader. Ligeledes giver højere niveauer af opløst oxygen og lavere niveauer af salt yderligere opløst gas til dannelsen af ​​luftbobler.

Derudover har hydrofobe polymerer såsom polypropylen og polyethylen iboende overfladedefekter og er særligt velegnede til dannelse af luftbobler på grund af øget gasindfangning.

Disse mekanismer tyder på, at fragmenteringen af ​​plastoverflader forårsaget af luftbobler og den efterfølgende frigivelse af MNP'er kan modificeres ved at justere miljøparametre såsom vandtyper, eksponeringstemperatur, opløst oxygen, saltholdighed og UV-bestråling, samt plastiske egenskaber såsom plasttyper, overfladedefekter, biofilmvedhæftning, molekylvægt og krystallinitetsgrad.

Forskerne mener, at deres resultater vil stimulere yderligere undersøgelser af akvatiske faktorers rolle og udvikling af strategier til at bremse frigivelsen af ​​plastikforurenende stoffer.

Download din PDF-kopi nu!

Kilder: