Mjehurići zraka na plastici ispuštaju mikroplastiku u vodu

Mjehurići zraka na plastici ispuštaju mikroplastiku u vodu

Nevidljivi mikromjehurići koji se stvaraju na svakodnevnoj plastici mogu odbaciti mikroskopske komadiće, otkrivajući niskoenergetski i široko rasprostranjen put onečišćenja plastikom koji se javlja gdje god se voda susreće s plastikom.

Studija:Erozija uzrokovana mikromjehurićima oslobađa mikro- i nanoplastiku u vodu. Autor fotografije: Ennachii/Shutterstock.com

Nova studija koju su vodili istraživači s Trinity Collegea u Dublinu, Irska, izvješćuje da mjehurići zraka koji se formiraju na plastičnim površinama mogu dovesti do površinske erozije i fragmentacije te potaknuti oslobađanje mikro- i nanoplastike koja je prethodno bila vezana za površinu i koju je bilo teško otkriti u vodu. Studija je objavljena u časopisuZnanstveni napredak.

Zašto je važno razumjeti skrivene izvore mikroplastike

Mikro- i nanoplastika (MNP) su široko rasprostranjeni mikropolutanti u vodenom okolišu koji imaju štetne učinke na okoliš, divlje životinje i zdravlje ljudi. Ovi zagađivači mogu se otkriti na svim razinama hranidbenog lanca, pa čak iu različitim organima ljudskog tijela. Prema nedavnim procjenama, ljudi godišnje unesu do 90 000 mikroplastike samo putem flaširane vode.

MNP karakterizira njihova mala veličina čestica, jaka svojstva prianjanja i njihova izražena sposobnost nakupljanja u ljudskom tkivu. Nakupljanje mikroplastike u ljudskom tkivu povezano je s povećanim rizikom od ozbiljnih kardiovaskularnih komplikacija i povezano je s neurodegenerativnim bolestima.

Postojeći dokazi upućuju na to da se MNP oslobađaju iz plastičnih masa u vodu mehaničkom razgradnjom ili izlaganjem ultraljubičastom (UV) zračenju. Međutim, uvelike nedostaju studije koje ispituju utjecaj vodenih čimbenika kao što su mjehurići zraka, pH i salinitet na proizvodnju MNP-a, unatoč bliskom kontaktu između plastike i vode u vodenom okolišu.

S obzirom na potencijalne zdravstvene učinke MNP-a, važno je razumjeti mehanizme na kojima se temelji formiranje i otpuštanje MNP-a kako bi se razvile učinkovite strategije ublažavanja. Među različitim mehanizmima stvaranja MNP, uloga mjehurića zraka privukla je značajnu pozornost.

Mjehurići zraka, koji se većinom stvaraju na plastičnim površinama pod odgovarajućim uvjetima vode i površine, mogu odvojiti labave čestice s tih površina i odnijeti ih u vodu. Mali mjehurići pričvršćeni na MNP mogu promijeniti njihova fizička svojstva kao što su površinska napetost, gustoća i transportno ponašanje.

S obzirom na način djelovanja, dostupni nalazi pokazuju da naprezanja uzrokovana mjehurićima zraka na plastičnim površinama uslijed unutarnjeg pritiska mogu dovesti do površinskih pukotina. Uzimajući u obzir ovaj način djelovanja, trenutna studija imala je za cilj istražiti ulogu mjehurića zraka u stvaranju MNP na površinama tipične plastike.

Mikromjehurići nagrizaju plastične površine bez vanjske energije

Studija je otkrila da sićušni mjehurići zraka koji se spontano stvaraju kada uvjeti vode dopuštaju na tipičnim plastičnim površinama mogu nagrizati površinske nedostatke i potaknuti oslobađanje MNP-a. Ti su se događaji dogodili neovisno i usporedno s mehaničkom razgradnjom mase ili UV-induciranom oksidativnom razgradnjom plastičnih površina, umjesto da zamjenjuju te mehanizme.

Fragmentacija plastičnih površina uzrokovana mjehurićima zraka događala se u širokom rasponu temperatura (25°C do 95°C) i u različitim vrstama vode, uključujući deioniziranu vodu, vodu iz slavine, riječnu i morsku vodu, s bržim i opsežnijim oslobađanjem uočenim na povišenim temperaturama.

Što se tiče načina djelovanja, studija je pokazala da formiranje, širenje i kretanje mjehurića zraka na plastičnim površinama generiraju lokalna posmična i kapilarna naprezanja sposobna otopiti i deformirati polimerni materijal niske molekularne težine na mjestima površinskih defekata koji su mehanički manje stabilni od mase plastike, što rezultira otpuštanjem MNP-a u vodu.

Ovaj mehanizam stvaranja MNP putem mjehurića zraka razlikuje se od drugih široko proučavanih mehanizama. Tijekom oksidativne razgradnje izazvane UV-zracima, neprekidan protok visokoenergetskih fotona potreban je za kidanje polimernih veza. To obično odgovara mjesecima do godinama sunčeve svjetlosti ili energetski intenzivnih laboratorijskih lampi.

Isto tako, mehanička degradacija zahtijeva kontinuiranu opskrbu vanjskim pritiskom putem valova, pijeska, industrijskog mljevenja ili turbulentnih miješalica za razgradnju polimernih struktura.

Mjehurići zraka, s druge strane, nastaju bez potrebe za dodatnim mehaničkim kretanjem ili snagom zračenja nakon što su ispunjeni odgovarajući uvjeti i ne zahtijevaju nikakav vanjski unos energije osim već prisutnih sila na međufazi. Površinska napetost mjehurića osigurava lokalne sile koje odvajaju niskomolekularni i niskokristalinični materijal od defekata, što znači da energija koja pokreće fragmentaciju površine dolazi izravno od slobodne energije međupovršina koja je već prisutna u sustavu.

Uzeti zajedno, ovi rezultati upućuju na to da je fragmentacija plastičnih površina izazvana mjehurićima zraka zaista niskoenergetski put za otpuštanje MNP-a i da se događa svugdje gdje voda i plastične površine dođu u kontakt, uključujući svakodnevna i prirodna vodena okruženja.

Stvaranje mjehurića zraka ovisi o dva čimbenika: kvaliteti vode i fizikalno-kemijskim svojstvima plastičnih površina. Pri visokim temperaturama smanjuje se topljivost plina u vodi, što potiče stvaranje i rast mjehurića zraka na plastičnim površinama. Isto tako, više razine otopljenog kisika i niže razine soli osiguravaju dodatni otopljeni plin za stvaranje mjehurića zraka.

Osim toga, hidrofobni polimeri kao što su polipropilen i polietilen imaju inherentne površinske nedostatke i posebno su pogodni za stvaranje mjehurića zraka zbog povećanog zarobljavanja plina.

Ovi mehanizmi sugeriraju da se fragmentacija plastičnih površina uzrokovana mjehurićima zraka i kasnije oslobađanje MNP-a može modificirati podešavanjem parametara okoliša kao što su vrste vode, temperatura izloženosti, otopljeni kisik, salinitet i UV zračenje, kao i svojstva plastike kao što su vrste plastike, površinski defekti, pričvršćivanje biofilma, molekularna težina i stupanj kristalnosti.

Istraživači vjeruju da će njihova otkrića potaknuti daljnja istraživanja o ulozi vodenih čimbenika i razvoj strategija za suzbijanje ispuštanja plastičnih zagađivača.

Preuzmite svoju PDF kopiju sada!

Izvori: