Plastil olevad õhumullid vabastavad vette mikroplasti

Plastil olevad õhumullid vabastavad vette mikroplasti

Igapäevastel plastidel tekkivad nähtamatud mikromullid võivad eraldada mikroskoopilisi kilde, paljastades madala energiatarbega ja laialt levinud plastireostuse tee, mis tekib kõikjal, kus vesi kohtub plastikuga.

Uuring:Mikromullide põhjustatud erosioon paiskab vette mikro- ja nanoplasti. Foto krediit: Ennachii / Shutterstock.com

Iirimaal Dublini Trinity College'i teadlaste juhitud uus uuring teatab, et plastpindadele moodustunud õhumullid võivad põhjustada pinna erosiooni ja killustumist ning vallandada varem pinnaga seotud ja raskesti tuvastatava mikro- ja nanoplasti vette sattumise. Uuring avaldatakse ajakirjasTeaduse edusammud.

Miks on oluline mõista mikroplasti varjatud allikaid?

Mikro- ja nanoplastid (MNP) on veekeskkonnas laialt levinud mikrosaasteained, millel on kahjulik mõju keskkonnale, elusloodusele ja inimeste tervisele. Neid saasteaineid on võimalik tuvastada toiduahela igal tasandil ja isegi inimkeha erinevates organites. Hiljutiste hinnangute kohaselt neelavad inimesed ainuüksi pudelivee kaudu aastas kuni 90 000 mikroplasti.

MNP-sid iseloomustavad nende väike osakeste suurus, tugevad adhesiooniomadused ja nende väljendunud võime akumuleeruda inimkoes. Mikroplasti kogunemine inimkudedesse on seotud tõsiste kardiovaskulaarsete tüsistuste suurenenud riskiga ja seda on seostatud neurodegeneratiivsete haigustega.

Olemasolevad tõendid näitavad, et MNP-d eralduvad plastmassist vette mehaanilise lagunemise või ultraviolettkiirguse (UV) kokkupuute tõttu. Kuid uuringud, mis uuriksid veefaktorite, nagu õhumullid, pH ja soolsus, mõju MNP tootmisele, puuduvad, hoolimata plasti ja vee tihedast kokkupuutest veekeskkonnas.

Arvestades MNP-de võimalikke tervisemõjusid, on tõhusate leevendusstrateegiate väljatöötamiseks oluline mõista MNP-de moodustamise ja vabanemise aluseks olevaid mehhanisme. MNP genereerimise erinevate mehhanismide hulgas on õhumullide roll pälvinud märkimisväärset tähelepanu.

Sobivates vee- ja pinnatingimustes valdavalt plastpindadele tekkivad õhumullid võivad nendelt pindadelt lahtisi osakesi eemaldada ja vette kanda. MNP-dele kinnitatud väikesed mullid võivad muuta nende füüsikalisi omadusi, nagu pindpinevus, tihedus ja transpordikäitumine.

Seoses toimeviisiga näitavad olemasolevad leiud, et plastpindadele õhumullide tekitatud pinged siserõhu tõttu võivad põhjustada pinnapragusid. Seda toimimisviisi arvesse võttes oli käesoleva uuringu eesmärk uurida õhumullide rolli MNP tekkes tüüpiliste plastide pindadel.

Mikromullid erodeerivad plastpindu ilma välise energiata

Uuringus leiti, et väikesed õhumullid, mis tekivad tüüpilistel plastpindadel spontaanselt, kui veetingimused seda võimaldavad, võivad pinnadefekte kahjustada ja vallandada MNP-de vabanemise. Need sündmused toimusid sõltumatult ja paralleelselt plastpindade mehaanilise massi lagunemise või UV-kiirguse põhjustatud oksüdatiivse lagunemisega, selle asemel, et neid mehhanisme asendada.

Õhumullide põhjustatud plastpindade killustumine toimus laias temperatuurivahemikus (25 °C kuni 95 °C) ja erinevat tüüpi vees, sealhulgas deioniseeritud vees, kraani-, jõe- ja merevees, kusjuures kõrgematel temperatuuridel täheldati kiiremat ja ulatuslikumat vabanemist.

Toimemehhanismi osas näitas uuring, et õhumullide moodustumine, paisumine ja liikumine plastpindadel tekitavad lokaalseid nihke- ja kapillaarpingeid, mis on võimelised lahustama ja deformeerima madala molekulmassiga polümeermaterjali pinnadefekti kohtades, mis on mehaaniliselt vähem stabiilsed kui suurem osa plastist, mille tulemuseks on MNP-de eraldumine vette.

See õhumullide kaudu MNP tekitamise mehhanism erineb teistest laialdaselt uuritud mehhanismidest. UV-indutseeritud oksüdatiivse lagunemise ajal on polümeersidemete katkestamiseks vajalik kõrge energiaga footonite pidev voog. Tavaliselt võrdub see kuude kuni aastate pikkuse päikesevalguse või energiamahukate laborilampidega.

Samuti nõuab mehaaniline lagunemine polümeerstruktuuride lõhkumiseks pidevat välisrõhu juurdevoolu lainete, liiva, tööstusliku jahvatamise või turbulentse segisti kaudu.

Teisest küljest tekivad õhumullid ilma täiendava mehaanilise liikumise või kiirgusvõimsuseta, kui sobivad tingimused on täidetud, ega vaja välist energiasisendit peale juba olemasolevate liideste jõudude. Mullide pindpinevus tekitab lokaalseid jõude, mis eraldavad defektidest madala molekulmassiga madala kristallilise materjali, mis tähendab, et energiat juhtiv pinna killustumine tuleneb otse süsteemis juba olemasolevast liidese vabast energiast.

Kokkuvõttes näitavad need tulemused, et õhumullide põhjustatud plastpindade killustumine on tõeliselt madala energiatarbega viis MNP vabanemiseks ja toimub kõikjal, kus vesi ja plastpinnad kokku puutuvad, sealhulgas igapäevases ja looduslikus veekeskkonnas.

Õhumullide teke sõltub kahest tegurist: vee kvaliteedist ja plastpindade füüsikalis-keemilistest omadustest. Kõrgel temperatuuril väheneb gaasi lahustuvus vees, mis soodustab õhumullide teket ja kasvu plastpindadel. Samuti annab kõrgem lahustunud hapniku tase ja madalam soolasisaldus õhumullide moodustamiseks täiendavat lahustunud gaasi.

Lisaks on hüdrofoobsetel polümeeridel, nagu polüpropüleen ja polüetüleen, omased pinnadefektid ja need sobivad eriti hästi õhumullide tekkeks gaasi suurenenud kinnijäämise tõttu.

Need mehhanismid viitavad sellele, et õhumullide põhjustatud plastpindade killustumist ja sellele järgnevat MNP-de vabanemist saab muuta keskkonnaparameetrite, nagu veetüübid, kokkupuutetemperatuur, lahustunud hapnik, soolsus ja UV-kiirgus, häälestamise, aga ka plastiliste omaduste, nagu plastitüübid, pinnadefektid, biokile kinnitus, molekulmass ja kristallilisusaste, häälestamise teel.

Teadlased usuvad, et nende leiud stimuleerivad edasisi uuringuid veefaktorite rolli kohta ja strateegiate väljatöötamist plastiliste saasteainete eraldumise piiramiseks.

Laadige kohe alla oma PDF-koopia!

Allikad: