Gaisa burbuļi uz plastmasas izdala mikroplastmasu ūdenī

Gaisa burbuļi uz plastmasas izdala mikroplastmasu ūdenī

Neredzamie mikroburbuļi, kas veidojas uz ikdienas plastmasas, var izdalīt mikroskopiskus fragmentus, atklājot zemas enerģijas patēriņa un plaši izplatītu plastmasas piesārņojuma ceļu, kas rodas visur, kur ūdens satiekas ar plastmasu.

Pētījums:Mikroburbuļu izraisītā erozija ūdenī izdala mikro- un nanoplastmasu. Fotoattēlu kredīts: Ennachii/Shutterstock.com

Jauns pētījums, ko vadīja Dublinas Trīsvienības koledžas (Īrija) pētnieki, ziņo, ka gaisa burbuļi, kas veidojas uz plastmasas virsmām, var izraisīt virsmas eroziju un sadrumstalotību un izraisīt iepriekš ar virsmu saistītu un grūti nosakāmu mikro- un nanoplastmasu izdalīšanos ūdenī. Pētījums ir publicēts žurnālāZinātnes sasniegumi.

Kāpēc ir svarīgi saprast slēptos mikroplastmasas avotus

Mikro- un nanoplastmasa (MNP) ir plaši izplatīti mikropiesārņotāji ūdens vidē, kam ir kaitīga ietekme uz vidi, savvaļas dzīvniekiem un cilvēku veselību. Šos piesārņotājus var noteikt visos pārtikas ķēdes līmeņos un pat dažādos cilvēka ķermeņa orgānos. Saskaņā ar jaunākajām aplēsēm cilvēki katru gadu uzņem līdz pat 90 000 mikroplastmasas, izmantojot pudelēs pildītu ūdeni.

MNP raksturo to mazais daļiņu izmērs, spēcīgas adhēzijas īpašības un izteikta spēja uzkrāties cilvēka audos. Mikroplastmasas uzkrāšanās cilvēka audos ir saistīta ar paaugstinātu nopietnu kardiovaskulāru komplikāciju risku un ir saistīta ar neirodeģeneratīvām slimībām.

Esošie pierādījumi liecina, ka MNP tiek izvadīti no plastmasas masām ūdenī mehāniskas degradācijas vai ultravioletā (UV) iedarbības rezultātā. Tomēr lielākoties trūkst pētījumu, kas pēta ūdens faktoru, piemēram, gaisa burbuļu, pH un sāļuma ietekmi uz MNP ražošanu, neskatoties uz ciešo kontaktu starp plastmasu un ūdeni ūdens vidē.

Ņemot vērā MNP iespējamo ietekmi uz veselību, ir svarīgi izprast mehānismus, kas ir MNP veidošanās un atbrīvošanas pamatā, lai izstrādātu efektīvas mazināšanas stratēģijas. Starp dažādiem MNP ģenerēšanas mehānismiem gaisa burbuļu loma ir ieguvusi lielu uzmanību.

Gaisa burbuļi, kas piemērotos ūdens un virsmas apstākļos galvenokārt veidojas uz plastmasas virsmām, var atdalīt no šīm virsmām irdenas daļiņas un pārnest tās ūdenī. Mazie burbuļi, kas pievienoti MNP, var mainīt to fiziskās īpašības, piemēram, virsmas spraigumu, blīvumu un transporta uzvedību.

Attiecībā uz darbības veidu pieejamie atklājumi liecina, ka spriegums, ko izraisa gaisa burbuļi uz plastmasas virsmām iekšējā spiediena dēļ, var izraisīt virsmas plaisas. Ņemot vērā šo darbības veidu, pašreizējā pētījuma mērķis bija izpētīt gaisa burbuļu lomu MNP veidošanā uz tipisku plastmasu virsmām.

Mikroburbuļi noārda plastmasas virsmas bez ārējas enerģijas

Pētījumā konstatēts, ka sīki gaisa burbuļi, kas veidojas spontāni, kad ūdens apstākļi to atļauj uz tipiskām plastmasas virsmām, var sabojāt virsmas defektus un izraisīt MNP izdalīšanos. Šie notikumi notika neatkarīgi un paralēli mehāniskai lielapjoma noārdīšanai vai UV izraisītai plastmasas virsmu oksidatīvajai noārdīšanai, nevis aizstājot šos mehānismus.

Plastmasas virsmu sadrumstalotība, ko izraisīja gaisa burbuļi, notika plašā temperatūras diapazonā (25°C līdz 95°C) un dažādos ūdens veidos, tostarp dejonizētā ūdenī, krāna, upju un jūras ūdenī, un paaugstinātā temperatūrā tika novērota ātrāka un plašāka izdalīšanās.

Runājot par darbības veidu, pētījums parādīja, ka gaisa burbuļu veidošanās, izplešanās un kustība uz plastmasas virsmām rada lokālus bīdes un kapilārus spriegumus, kas spēj izšķīdināt un deformēt zemas molekulmasas polimēru materiālu virsmas defektu vietās, kas ir mehāniski mazāk stabilas nekā lielākā daļa plastmasas, kā rezultātā ūdenī izdalās MNP.

Šis MNP ģenerēšanas mehānisms caur gaisa burbuļiem atšķiras no citiem plaši pētītiem mehānismiem. UV izraisītas oksidatīvās degradācijas laikā ir nepieciešama ilgstoša augstas enerģijas fotonu plūsma, lai pārtrauktu polimēru saites. Tas parasti ir līdzvērtīgs mēnešiem vai gadiem ilgiem saules stariem vai energoietilpīgām laboratorijas lampām.

Tāpat mehāniskai degradācijai ir nepieciešama nepārtraukta ārējā spiediena padeve, izmantojot viļņus, smiltis, rūpniecisko frēzēšanu vai turbulentus maisītājus, lai nojauktu polimēru struktūras.

No otras puses, gaisa burbuļi veidojas bez papildu mehāniskas kustības vai starojuma jaudas, tiklīdz ir izpildīti piemēroti apstākļi, un tiem nav nepieciešama ārēja enerģijas ievade, kas pārsniedz jau esošos saskarnes spēkus. Burbuļu virsmas spraigums nodrošina lokālus spēkus, kas atdala zemas molekulmasas, mazkristālisku materiālu no defektiem, kas nozīmē, ka enerģiju virzošā virsmas sadrumstalotība rodas tieši no sistēmā jau esošās saskarnes brīvās enerģijas.

Kopumā šie rezultāti liecina, ka gaisa burbuļu izraisīta plastmasas virsmu sadrumstalotība ir patiesi zema enerģijas patēriņa ceļš MNP izdalīšanai un notiek visur, kur saskaras ūdens un plastmasas virsmas, tostarp ikdienas un dabiskajā ūdens vidē.

Gaisa burbuļu veidošanās ir atkarīga no diviem faktoriem: ūdens kvalitātes un plastmasas virsmu fizikāli ķīmiskajām īpašībām. Augstā temperatūrā samazinās gāzu šķīdība ūdenī, kas veicina gaisa burbuļu veidošanos un augšanu uz plastmasas virsmām. Tāpat augstāks izšķīdušā skābekļa līmenis un zemāks sāls līmenis nodrošina papildu izšķīdušo gāzi gaisa burbuļu veidošanai.

Turklāt hidrofobiem polimēriem, piemēram, polipropilēnam un polietilēnam, ir raksturīgi virsmas defekti, un tie ir īpaši piemēroti gaisa burbuļu veidošanai, jo palielinās gāzes aizķeršanās.

Šie mehānismi liecina, ka plastmasas virsmu sadrumstalotību, ko izraisa gaisa burbuļi, un sekojošo MNP izdalīšanos var mainīt, pielāgojot vides parametrus, piemēram, ūdens tipus, ekspozīcijas temperatūru, izšķīdušo skābekli, sāļumu un UV starojumu, kā arī plastmasas īpašības, piemēram, plastmasas veidus, virsmas defektus, bioplēves stiprinājumu, molekulmasu un kristāliskuma pakāpi.

Pētnieki uzskata, ka viņu atklājumi stimulēs turpmākus pētījumus par ūdens faktoru lomu un stratēģiju izstrādi, lai ierobežotu plastmasas piesārņotāju izdalīšanos.

Lejupielādējiet savu PDF kopiju tūlīt!

Avoti: