Muoveilla oleva ilmakuplat vapauttavat mikromuoveja veteen

Muoveilla oleva ilmakuplat vapauttavat mikromuoveja veteen

Näkymättömät mikrokuplat, jotka muodostuvat jokapäiväisten muovien pinnalle, voivat irrottaa mikroskooppisia sirpaleita paljastaen matalaenergiaisen ja laajalle levinneen muovisaasteen reitin, jota esiintyy kaikkialla, missä vesi kohtaa muovin.

Tutkimus:Mikrokuplien aiheuttama eroosio vapauttaa veteen mikro- ja nanomuoveja. Kuvan luotto: Ennachii/Shutterstock.com

Irlannin Trinity Collegen tutkijoiden johtaman uuden tutkimuksen mukaan muovipinnoille muodostuneet ilmakuplat voivat johtaa pintaeroosioon ja pirstoutumiseen ja laukaista aiemmin pintaan sitoutuneen ja vaikeasti havaittavan mikro- ja nanomuovin vapautumisen veteen. Tutkimus on julkaistu lehdessäTieteelliset edistysaskeleet.

Miksi on tärkeää ymmärtää mikromuovin piilolähteet?

Mikro- ja nanomuovit (MNP) ovat vesiympäristössä laajalle levinneitä mikrosaasteita, joilla on haitallisia vaikutuksia ympäristöön, villieläimiin ja ihmisten terveyteen. Näitä saasteita voidaan havaita ravintoketjun kaikilla tasoilla ja jopa ihmiskehon eri elimissä. Viimeaikaisten arvioiden mukaan ihmiset nauttivat jopa 90 000 mikromuovia vuodessa pelkästään pullotetun veden kautta.

MNP:ille on tunnusomaista niiden pieni hiukkaskoko, vahvat adheesio-ominaisuudet ja niiden selvä kyky kerääntyä ihmiskudokseen. Mikromuovien kertyminen ihmisen kudoksiin liittyy lisääntyneeseen riskiin saada vakavia sydän- ja verisuonikomplikaatioita, ja se on yhdistetty hermostoa rappeutuviin sairauksiin.

Nykyiset todisteet viittaavat siihen, että MNP:t vapautuvat muovista veteen mekaanisen hajoamisen tai ultraviolettisäteilyn (UV) altistumisen kautta. Vesitekijöiden, kuten ilmakuplien, pH:n ja suolaisuuden, vaikutusta MNP:n tuotantoon ei kuitenkaan ole paljolti tutkittu, vaikka muovien ja veden välillä on läheinen kosketus vesiympäristössä.

Ottaen huomioon MNP:iden mahdolliset terveysvaikutukset, on tärkeää ymmärtää MNP:iden muodostumisen ja vapautumisen taustalla olevat mekanismit tehokkaiden lieventämisstrategioiden kehittämiseksi. MNP-muodostuksen eri mekanismeista ilmakuplien rooli on saanut huomattavaa huomiota.

Pääasiassa muovipinnoille sopivissa vesi- ja pintaolosuhteissa muodostuvat ilmakuplat voivat irrottaa pinnoilta irtonaisia ​​hiukkasia ja kuljettaa ne veteen. MNP:ihin kiinnittyneet pienet kuplat voivat muuttaa niiden fysikaalisia ominaisuuksia, kuten pintajännitystä, tiheyttä ja kuljetuskäyttäytymistä.

Vaikutustavan osalta saatavilla olevat havainnot osoittavat, että muovipinnoille ilmakuplien aiheuttamat sisäisen paineen aiheuttamat jännitykset voivat johtaa pinnan halkeamiin. Tämä toimintatapa huomioon ottaen tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää ilmakuplien roolia MNP:n muodostumisessa tyypillisten muovien pinnoilla.

Mikrokuplat syövyttävät muovipintoja ilman ulkoista energiaa

Tutkimuksessa havaittiin, että pienet ilmakuplat, jotka muodostuvat spontaanisti vesiolosuhteiden salliessa tyypillisille muovipinnoille, voivat syövyttää pintavirheitä ja laukaista MNP:iden vapautumisen. Nämä tapahtumat tapahtuivat itsenäisesti ja rinnakkain muovipintojen mekaanisen bulkkihajoamisen tai UV-indusoidun oksidatiivisen hajoamisen kanssa sen sijaan, että ne olisivat korvanneet näitä mekanismeja.

Ilmakuplien aiheuttamaa muovipintojen sirpaloitumista tapahtui laajalla lämpötila-alueella (25°C - 95°C) ja eri vesityypeissä, mukaan lukien deionisoitu vesi, vesijohto-, joki- ja merivesi, jolloin havaittiin nopeampaa ja laajempaa vapautumista korkeissa lämpötiloissa.

Vaikutustavan osalta tutkimus osoitti, että ilmakuplien muodostuminen, laajeneminen ja liikkuminen muovipinnoilla synnyttävät paikallisia leikkaus- ja kapillaarijännitystä, jotka pystyvät liuottamaan ja muuttamaan pienimolekyylipainoista polymeerimateriaalia pintavikakohdissa, jotka ovat mekaanisesti vähemmän stabiileja kuin suurin osa muovista, mikä johtaa MNP-yhdisteiden vapautumiseen veteen.

Tämä ilmakuplien kautta muodostuva MNP:n muodostumismekanismi eroaa muista laajasti tutkituista mekanismeista. UV-indusoidun oksidatiivisen hajoamisen aikana tarvitaan jatkuvaa korkeaenergisten fotonien virtausta polymeerisidosten katkaisemiseen. Tämä vastaa tyypillisesti kuukausia tai vuosia auringonvaloa tai energiaintensiivisiä laboratoriolamppuja.

Samoin mekaaninen hajoaminen vaatii jatkuvan ulkoisen paineen syöttämisen aaltojen, hiekan, teollisen jyrsinnän tai turbulenttien sekoittimien kautta polymeerirakenteiden hajottamiseksi.

Ilmakuplat sitä vastoin muodostuvat ilman ylimääräistä mekaanista liikettä tai säteilytehoa, kun sopivat olosuhteet täyttyvät, eivätkä vaadi ulkopuolista energiansyöttöä jo olemassa olevien rajapintavoimien lisäksi. Kuplien pintajännitys tuottaa paikallisia voimia, jotka irrottavat pienimolekyylipainoista, matalakiteistä materiaalia vioista, mikä tarkoittaa, että energiaa kuljettava pinnan pirstoutuminen tulee suoraan järjestelmässä jo olevasta rajapinnan vapaasta energiasta.

Yhdessä nämä tulokset viittaavat siihen, että ilmakuplien aiheuttama muovipintojen pirstoutuminen on todella vähän energiaa kuluttava reitti MNP:n vapautumiselle ja sitä esiintyy aina, kun vesi ja muovipinnat joutuvat kosketuksiin, mukaan lukien jokapäiväiset ja luonnolliset vesiympäristöt.

Ilmakuplien muodostuminen riippuu kahdesta tekijästä: veden laadusta ja muovipintojen fysikaalis-kemiallisista ominaisuuksista. Korkeissa lämpötiloissa kaasun liukoisuus veteen heikkenee, mikä edistää ilmakuplien muodostumista ja kasvua muovipinnoille. Samoin korkeammat liuenneen hapen tasot ja alhaisemmat suolatasot tarjoavat lisää liuennutta kaasua ilmakuplien muodostumiseen.

Lisäksi hydrofobisilla polymeereillä, kuten polypropeenilla ja polyeteenillä, on luontaisia ​​pintavirheitä ja ne ovat erityisen sopivia ilmakuplien muodostumiseen lisääntyneen kaasun vangitsemisen vuoksi.

Nämä mekanismit viittaavat siihen, että ilmakuplien aiheuttamaa muovipintojen pirstoutumista ja sitä seuraavaa MNP:iden vapautumista voidaan muokata säätämällä ympäristöparametreja, kuten vesityyppejä, altistuslämpötilaa, liuennutta happea, suolaisuutta ja UV-säteilyä, sekä muoviominaisuuksia, kuten muovityyppejä, pintavirheitä, biofilmin kiinnittymistä, molekyylipainoa ja kiteisyysastetta.

Tutkijat uskovat, että heidän havaintonsa stimuloivat lisätutkimuksia vesitekijöiden roolista ja strategioiden kehittämistä muovisaasteiden päästöjen hillitsemiseksi.

Lataa PDF-kopiosi nyt!

Lähteet: