Oro burbuliukai ant plastiko išskiria mikroplastiką į vandenį

Oro burbuliukai ant plastiko išskiria mikroplastiką į vandenį

Nematomi mikroburbuliukai, susidarantys ant kasdienių plastikų, gali išmesti mikroskopinius fragmentus, atskleisdami mažai energijos suvartojančią ir plačiai paplitusią plastiko taršos kelią, atsirandantį visur, kur vanduo susilieja su plastiku.

Tyrimas:Dėl mikroburbuliukų sukeltos erozijos į vandenį patenka mikro- ir nanoplastikai. Nuotraukų kreditas: Ennachii / Shutterstock.com

Naujas tyrimas, kurį vedė Dublino Trinity koledžo (Airija) mokslininkai, praneša, kad ant plastikinių paviršių susidarę oro burbuliukai gali sukelti paviršiaus eroziją ir suskaidymą bei sukelti anksčiau su paviršiumi susietų ir sunkiai aptinkamų mikro- ir nanoplastikų išsiskyrimą į vandenį. Tyrimas publikuojamas žurnaleMokslo pažanga.

Kodėl svarbu suprasti paslėptus mikroplastiko šaltinius

Mikro ir nanoplastikai (MNP) yra vandens aplinkoje plačiai paplitę mikroteršalai, kurie daro žalingą poveikį aplinkai, laukinei gamtai ir žmonių sveikatai. Šiuos teršalus galima aptikti visuose maisto grandinės lygmenyse ir net įvairiuose žmogaus kūno organuose. Remiantis naujausiais skaičiavimais, vien per vandenį buteliuose žmonės suvartoja iki 90 000 mikroplastiko.

MNP pasižymi mažu dalelių dydžiu, stipriomis sukibimo savybėmis ir ryškiu gebėjimu kauptis žmogaus audiniuose. Mikroplastiko kaupimasis žmogaus audiniuose yra susijęs su padidėjusia rimtų širdies ir kraujagyslių komplikacijų rizika ir yra siejamas su neurodegeneracinėmis ligomis.

Esami įrodymai rodo, kad MNP iš plastiko birių patenka į vandenį dėl mechaninio skilimo arba ultravioletinių (UV) poveikio. Tačiau tyrimų, nagrinėjančių vandens veiksnių, tokių kaip oro burbuliukai, pH ir druskingumas, įtaką MNP gamybai, iš esmės trūksta, nepaisant glaudaus plastiko ir vandens kontakto vandens aplinkoje.

Atsižvelgiant į galimą MNP poveikį sveikatai, svarbu suprasti MNP formavimo ir išleidimo mechanizmus, kad būtų galima sukurti veiksmingas švelninimo strategijas. Tarp įvairių MNP generavimo mechanizmų oro burbuliukų vaidmuo susilaukė nemažo dėmesio.

Oro burbuliukai, susidarantys daugiausia ant plastikinių paviršių esant tinkamoms vandens ir paviršiaus sąlygoms, gali nuo šių paviršių atskirti laisvas daleles ir nunešti jas į vandenį. Maži burbuliukai, pritvirtinti prie MNP, gali pakeisti jų fizines savybes, tokias kaip paviršiaus įtempimas, tankis ir transportavimo elgsena.

Kalbant apie veikimo būdą, turimi duomenys rodo, kad įtempiai, kuriuos sukelia plastikinių paviršių oro burbuliukai dėl vidinio slėgio, gali sukelti paviršiaus įtrūkimus. Atsižvelgiant į šį veikimo būdą, šiuo tyrimu buvo siekiama ištirti oro burbuliukų vaidmenį formuojant MNP ant tipiškų plastikų paviršių.

Mikroburbuliukai ardo plastikinius paviršius be išorinės energijos

Tyrimo metu nustatyta, kad nedideli oro burbuliukai, kurie susidaro savaime, kai leidžia vandens sąlygos, ant tipiškų plastikinių paviršių gali ardyti paviršiaus defektus ir sukelti MNP išsiskyrimą. Šie įvykiai įvyko nepriklausomai ir lygiagrečiai su mechaniniu masiniu skilimu arba UV sukeltam oksidaciniam plastikinių paviršių skilimui, o ne pakeitę šiuos mechanizmus.

Oro burbuliukų sukeltas plastikinių paviršių suskaidymas įvyko esant įvairiems temperatūrų diapazonams (nuo 25 °C iki 95 °C) ir įvairių tipų vandenyje, įskaitant dejonizuotą vandenį, vandentiekio, upių ir jūros vandenį, o esant aukštesnei temperatūrai, išsiskyrimas buvo greitesnis ir platesnis.

Kalbant apie veikimo būdą, tyrimas parodė, kad oro burbuliukų susidarymas, plėtimasis ir judėjimas ant plastikinių paviršių sukuria vietinius šlyties ir kapiliarų įtempius, galinčius ištirpinti ir deformuoti mažos molekulinės masės polimerinę medžiagą paviršiaus defektų vietose, kurios yra mechaniškai mažiau stabilios nei didžioji plastiko dalis, todėl į vandenį patenka MNP.

Šis MNP susidarymo per oro burbuliukus mechanizmas skiriasi nuo kitų plačiai ištirtų mechanizmų. UV sukelto oksidacinio skilimo metu, norint nutraukti polimerų ryšius, reikalingas nuolatinis didelės energijos fotonų srautas. Tai paprastai prilygsta mėnesių ar metų saulės šviesai arba daug energijos vartojančioms laboratorinėms lempoms.

Taip pat mechaniniam skilimui reikalingas nuolatinis išorinio slėgio tiekimas per bangas, smėlį, pramoninį frezavimą arba turbulentinius maišytuvus, kad suardytų polimerų struktūras.

Kita vertus, oro burbuliukai susidaro nereikalaujant papildomo mechaninio judėjimo ar spinduliavimo galios, kai tenkinamos tinkamos sąlygos, ir jiems nereikia jokios išorinės energijos įvesties, viršijančios jau esančias sąsajos jėgas. Burbulų paviršiaus įtempimas sukuria vietines jėgas, kurios atskiria mažos molekulinės masės, mažos kristalinės medžiagos nuo defektų, o tai reiškia, kad energiją varantis paviršiaus suskaidymas kyla tiesiogiai iš sistemoje jau esančios laisvosios energijos.

Visi šie rezultatai rodo, kad oro burbuliukų sukeltas plastikinių paviršių suskaidymas yra tikrai mažai energijos sunaudojantis MNP išsiskyrimo būdas ir atsiranda visur, kur liečiasi vanduo ir plastikiniai paviršiai, įskaitant kasdienę ir natūralią vandens aplinką.

Oro burbuliukų susidarymas priklauso nuo dviejų veiksnių: vandens kokybės ir plastikinių paviršių fizikinių ir cheminių savybių. Esant aukštai temperatūrai, dujų tirpumas vandenyje mažėja, o tai skatina oro burbuliukų susidarymą ir augimą ant plastikinių paviršių. Taip pat didesnis ištirpusio deguonies kiekis ir mažesnis druskos kiekis suteikia papildomų ištirpusių dujų, kad susidarytų oro burbuliukai.

Be to, hidrofobiniai polimerai, tokie kaip polipropilenas ir polietilenas, turi būdingų paviršiaus defektų ir yra ypač tinkami oro burbuliukų susidarymui dėl padidėjusio dujų sulaikymo.

Šie mechanizmai rodo, kad oro burbuliukų sukeltas plastikinių paviršių suskaidymas ir vėlesnis MNP išsiskyrimas gali būti modifikuojamas derinant aplinkos parametrus, tokius kaip vandens tipai, ekspozicijos temperatūra, ištirpęs deguonis, druskingumas ir UV spinduliuotė, taip pat plastikinės savybės, pvz., plastiko tipai, paviršiaus defektai, bioplėvelės tvirtinimas, molekulinė masė ir kristališkumo laipsnis.

Tyrėjai mano, kad jų išvados paskatins tolesnius vandens veiksnių vaidmens tyrimus ir plastikinių teršalų išmetimo mažinimo strategijų kūrimą.

Atsisiųskite savo PDF kopiją dabar!

Šaltiniai: