A műanyagokon lévő légbuborékok mikroműanyagot engednek a vízbe

A műanyagokon lévő légbuborékok mikroműanyagot engednek a vízbe

A mindennapi műanyagokon képződő láthatatlan mikrobuborékok mikroszkopikus méretű szilánkokat dobnak ki, felfedve a műanyagszennyezés alacsony energiaigényű és széles körben elterjedt útját, amely mindenhol előfordul, ahol a víz találkozik a műanyaggal.

Tanulmány:A mikrobuborékok okozta erózió mikro- és nanoműanyagokat bocsát ki a vízbe. Fotó: Ennachii/Shutterstock.com

Az írországi Trinity College kutatói által vezetett új tanulmány szerint a műanyag felületeken képződő légbuborékok felületi erózióhoz és töredezettséghez vezethetnek, és kiválthatják a korábban felülethez kötött és nehezen kimutatható mikro- és nanoműanyagok kijutását a vízbe. A tanulmány a folyóiratban jelenik megTudományos fejlődés.

Miért fontos megérteni a mikroműanyagok rejtett forrásait?

A mikro- és nanoműanyagok (MNP) a vízi környezetben széles körben elterjedt mikroszennyezők, amelyek káros hatással vannak a környezetre, a vadon élő állatokra és az emberi egészségre. Ezek a szennyező anyagok a tápláléklánc minden szintjén, sőt az emberi szervezet különböző szerveiben is kimutathatók. A legújabb becslések szerint az emberek évente akár 90 000 mikroműanyagot fogyasztanak el pusztán palackozott vízzel.

Az MNP-ket kis részecskeméretük, erős adhéziós tulajdonságaik és kifejezett felhalmozódási képességük jellemzi az emberi szövetben. A mikroműanyagok felhalmozódása az emberi szövetekben a súlyos szív- és érrendszeri szövődmények fokozott kockázatával jár, és összefüggésbe hozható a neurodegeneratív betegségekkel.

A meglévő bizonyítékok arra utalnak, hogy az MNP-k műanyag ömlesztett anyagokból mechanikai lebomlás vagy ultraibolya (UV) expozíció következtében kerülnek a vízbe. A vízi tényezők, például a légbuborékok, a pH és a sótartalom MNP-termelésre gyakorolt ​​hatását vizsgáló tanulmányok azonban nagyrészt hiányoznak, annak ellenére, hogy a műanyagok és a víz szorosan érintkezik a vízi környezetben.

Tekintettel az MNP-k lehetséges egészségügyi hatásaira, fontos megérteni az MNP-k kialakulásának és felszabadulásának hátterében álló mechanizmusokat, hogy hatékony enyhítő stratégiákat dolgozhassunk ki. Az MNP keletkezésének különböző mechanizmusai közül a légbuborékok szerepe jelentős figyelmet kapott.

A megfelelő víz- és felszíni viszonyok között túlnyomórészt műanyag felületeken képződő légbuborékok ezekről a felületekről leválaszthatják a laza részecskéket és a vízbe juttathatják azokat. Az MNP-khez kapcsolódó kis buborékok megváltoztathatják azok fizikai tulajdonságait, például a felületi feszültséget, a sűrűséget és a szállítási viselkedést.

A hatásmechanizmus tekintetében a rendelkezésre álló eredmények azt mutatják, hogy a műanyag felületeken légbuborékok által okozott belső nyomás miatti feszültségek felületi repedésekhez vezethetnek. Ezt a hatásmódot figyelembe véve a jelen tanulmány célja a légbuborékok MNP-képződésben betöltött szerepének vizsgálata volt tipikus műanyagok felületén.

A mikrobuborékok külső energia nélkül erodálják a műanyag felületeket

A tanulmány megállapította, hogy az apró légbuborékok, amelyek spontán képződnek, amikor a vízviszonyok megengedik a tipikus műanyag felületeken, erodálhatják a felületi hibákat, és kiválthatják az MNP-k felszabadulását. Ezek az események a műanyag felületek mechanikai tömeges lebomlásával vagy UV-indukálta oxidatív degradációjával függetlenül és párhuzamosan következtek be, nem pedig ezeket a mechanizmusokat helyettesítették.

A műanyag felületek légbuborékok által okozott töredezettsége széles hőmérsékleti tartományban (25°C és 95°C között) és különböző víztípusokban, így ionmentesített vízben, csapban, folyóban és tengervízben fordult elő, magasabb hőmérsékleten pedig gyorsabb és kiterjedtebb kibocsátás figyelhető meg.

A hatásmechanizmus tekintetében a tanulmány kimutatta, hogy a légbuborékok képződése, tágulása és mozgása a műanyag felületeken olyan helyi nyíró- és kapilláris feszültségeket hoz létre, amelyek képesek feloldani és deformálni a kis molekulatömegű polimer anyagokat olyan felületi hibák helyén, amelyek mechanikailag kevésbé stabilak, mint a műanyag nagy része, ami MNP-k vízbe kerülését eredményezi.

Az MNP légbuborékokon keresztül történő létrehozásának ez a mechanizmusa eltér a többi széles körben vizsgált mechanizmustól. Az UV-indukált oxidatív lebomlás során nagy energiájú fotonok tartós áramlására van szükség a polimer kötések megszakításához. Ez általában hónapok vagy évek napfényének vagy nagy energiaigényű laboratóriumi lámpáknak felel meg.

Hasonlóképpen, a mechanikai degradáció folyamatos külső nyomást igényel hullámokon, homokon, ipari őrlésen vagy turbulens keverőkön keresztül a polimer szerkezetek lebontásához.

A légbuborékok viszont további mechanikai mozgás vagy sugárzó teljesítmény nélkül képződnek, ha a megfelelő feltételek teljesülnek, és nem igényelnek semmilyen külső energiabevitelt a már meglévő határfelületi erőkön túl. A buborékok felületi feszültsége olyan helyi erőket biztosít, amelyek leválasztják a kis molekulatömegű, alacsony kristályos anyagokat a hibákról, vagyis az energiát hajtó felületi fragmentáció közvetlenül a rendszerben már jelen lévő határfelületi szabad energiából származik.

Összességében ezek az eredmények azt sugallják, hogy a műanyag felületek légbuborékok által kiváltott töredezettsége valóban alacsony energiaigényű út az MNP kibocsátásához, és mindenhol előfordul, ahol víz és műanyag felületek érintkeznek, beleértve a mindennapi és természetes vízi környezetet is.

A légbuborékok képződése két tényezőtől függ: a víz minőségétől és a műanyag felületek fizikai-kémiai tulajdonságaitól. Magas hőmérsékleten a gázok vízoldhatósága csökken, ami elősegíti a légbuborékok képződését és növekedését a műanyag felületeken. Hasonlóképpen, a magasabb oldott oxigén és az alacsonyabb sótartalom további oldott gázt biztosít a légbuborékok kialakulásához.

Ezenkívül a hidrofób polimerek, mint például a polipropilén és a polietilén belső felületi hibákkal rendelkeznek, és különösen alkalmasak légbuborékok képződésére a fokozott gázbezáródás miatt.

Ezek a mechanizmusok arra utalnak, hogy a műanyag felületek légbuborékok okozta töredezettsége és az ezt követő MNP-k felszabadulása módosítható olyan környezeti paraméterek hangolásával, mint a víz típusa, az expozíciós hőmérséklet, az oldott oxigén, a sótartalom és az UV-sugárzás, valamint a plasztikus tulajdonságok, mint pl. műanyag típusok, felületi hibák, biofilm tapadás, molekulatömeg és kristályosság foka.

A kutatók úgy vélik, hogy eredményeik ösztönözni fogják a vízi tényezők szerepének további tanulmányozását és a műanyagszennyező anyagok kibocsátásának visszaszorítását célzó stratégiák kidolgozását.

Töltse le PDF másolatát most!

Források: