Luchtbellen op plastic laten microplastics vrij in het water

Luchtbellen op plastic laten microplastics vrij in het water

Onzichtbare microbellen die zich op alledaagse kunststoffen vormen, kunnen microscopisch kleine fragmenten afwerpen, waardoor een energiezuinige en wijdverbreide route van plasticvervuiling zichtbaar wordt die plaatsvindt overal waar water plastic tegenkomt.

Studie:Door erosie veroorzaakt door microbellen komen micro- en nanoplastics vrij in het water. Fotocredit: Ennachii/Shutterstock.com

Een nieuwe studie onder leiding van onderzoekers van het Trinity College Dublin, Ierland, meldt dat luchtbellen gevormd op plastic oppervlakken kunnen leiden tot oppervlakte-erosie en fragmentatie en het vrijkomen van voorheen aan het oppervlak gebonden en moeilijk te detecteren micro- en nanoplastics in het water kunnen veroorzaken. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschriftWetenschappelijke vooruitgang.

Waarom het belangrijk is om verborgen bronnen van microplastics te begrijpen

Micro- en nanoplastics (MNP's) zijn wijdverbreide microverontreinigingen in aquatische milieus die schadelijke gevolgen hebben voor het milieu, de natuur en de menselijke gezondheid. Deze verontreinigende stoffen kunnen op elk niveau van de voedselketen en zelfs in verschillende organen van het menselijk lichaam worden gedetecteerd. Volgens recente schattingen krijgen mensen alleen al via flessenwater jaarlijks tot 90.000 microplastics binnen.

MNP's worden gekenmerkt door hun kleine deeltjesgrootte, sterke adhesie-eigenschappen en hun uitgesproken vermogen om zich in menselijk weefsel te accumuleren. De ophoping van microplastics in menselijk weefsel gaat gepaard met een verhoogd risico op ernstige cardiovasculaire complicaties en is in verband gebracht met neurodegeneratieve ziekten.

Bestaand bewijs suggereert dat MNP's uit plastic bulks in water terechtkomen door mechanische afbraak of blootstelling aan ultraviolette straling (UV). Studies die de invloed van aquatische factoren zoals luchtbellen, pH en zoutgehalte op de productie van MNP onderzoeken, ontbreken echter grotendeels, ondanks het nauwe contact tussen plastic en water in aquatische omgevingen.

Gezien de potentiële gezondheidseffecten van MNP's is het belangrijk om de mechanismen te begrijpen die ten grondslag liggen aan de vorming en vrijgave van MNP's om effectieve mitigatiestrategieën te ontwikkelen. Van de verschillende mechanismen voor het genereren van MNP heeft de rol van luchtbellen aanzienlijke aandacht gekregen.

Luchtbellen, die zich onder geschikte water- en oppervlakteomstandigheden voornamelijk op kunststofoppervlakken vormen, kunnen losse deeltjes van deze oppervlakken losmaken en in het water meevoeren. Kleine belletjes die aan MNP's zijn gehecht, kunnen hun fysieke eigenschappen veranderen, zoals oppervlaktespanning, dichtheid en transportgedrag.

Met betrekking tot het werkingsmechanisme geven de beschikbare bevindingen aan dat spanningen veroorzaakt door luchtbellen op kunststofoppervlakken als gevolg van interne druk kunnen leiden tot oppervlaktescheuren. Rekening houdend met dit werkingsmechanisme had het huidige onderzoek tot doel de rol van luchtbellen bij de vorming van MNP op de oppervlakken van typische kunststoffen te onderzoeken.

Microbellen eroderen plastic oppervlakken zonder externe energie

Uit de studie bleek dat kleine luchtbelletjes die zich spontaan vormen als de wateromstandigheden dit toelaten op typische plastic oppervlakken oppervlaktedefecten kunnen eroderen en de afgifte van MNP's kunnen veroorzaken. Deze gebeurtenissen vonden onafhankelijk en parallel plaats met mechanische bulkafbraak of UV-geïnduceerde oxidatieve afbraak van plastic oppervlakken, in plaats van deze mechanismen te vervangen.

Fragmentatie van plastic oppervlakken veroorzaakt door luchtbellen vond plaats over een breed temperatuurbereik (25 ° C tot 95 ° C) en in verschillende watertypen, waaronder gedeïoniseerd water, kraan-, rivier- en zeewater, waarbij een snellere en uitgebreidere afgifte werd waargenomen bij hogere temperaturen.

In termen van werkingsmechanisme toonde het onderzoek aan dat de vorming, uitzetting en beweging van luchtbellen op plastic oppervlakken lokale schuif- en capillaire spanningen genereren die in staat zijn polymeermateriaal met een laag molecuulgewicht op te lossen en te vervormen op plaatsen met defecten aan het oppervlak die mechanisch minder stabiel zijn dan het grootste deel van het plastic, wat resulteert in het vrijkomen van MNP's in het water.

Dit mechanisme van MNP-generatie via luchtbellen verschilt van andere uitgebreid bestudeerde mechanismen. Tijdens UV-geïnduceerde oxidatieve afbraak is een aanhoudende stroom van hoogenergetische fotonen vereist om polymeerbindingen te verbreken. Dit komt doorgaans neer op maanden tot jaren zonlicht of energie-intensieve laboratoriumlampen.

Op dezelfde manier vereist mechanische degradatie een continue toevoer van externe druk via golven, zand, industrieel malen of turbulente mengers om polymeerstructuren af ​​te breken.

Luchtbellen daarentegen vormen zich zonder de noodzaak van extra mechanische beweging of stralingskracht zodra aan de geschikte omstandigheden is voldaan, en vereisen geen externe energie-input buiten de reeds aanwezige grensvlakkrachten. De oppervlaktespanning van bellen zorgt voor lokale krachten die laag-kristallijn materiaal met een laag molecuulgewicht losmaken van defecten, wat betekent dat de energie-aandrijvende oppervlaktefragmentatie rechtstreeks voortkomt uit de grensvlakvrije energie die al in het systeem aanwezig is.

Alles bij elkaar suggereren deze resultaten dat door luchtbellen veroorzaakte fragmentatie van plastic oppervlakken een werkelijk energiezuinige route is voor de afgifte van MNP en optreedt overal waar water en plastic oppervlakken met elkaar in contact komen, inclusief alledaagse en natuurlijke aquatische omgevingen.

De vorming van luchtbellen is afhankelijk van twee factoren: de waterkwaliteit en de fysisch-chemische eigenschappen van kunststofoppervlakken. Bij hoge temperaturen neemt de gasoplosbaarheid in water af, wat de vorming en groei van luchtbellen op kunststofoppervlakken bevordert. Op dezelfde manier zorgen hogere niveaus van opgeloste zuurstof en lagere niveaus van zout voor extra opgelost gas voor de vorming van luchtbellen.

Bovendien hebben hydrofobe polymeren zoals polypropyleen en polyethyleen inherente oppervlaktedefecten en zijn ze bijzonder geschikt voor de vorming van luchtbellen als gevolg van verhoogde gasinsluiting.

Deze mechanismen suggereren dat de fragmentatie van plastic oppervlakken veroorzaakt door luchtbellen en de daaropvolgende afgifte van MNP's kan worden gewijzigd door het afstemmen van omgevingsparameters zoals watertypes, blootstellingstemperatuur, opgeloste zuurstof, zoutgehalte en UV-straling, evenals plastic eigenschappen zoals plastic soorten, oppervlaktedefecten, biofilmhechting, molecuulgewicht en mate van kristalliniteit.

De onderzoekers zijn van mening dat hun bevindingen verder onderzoek zullen stimuleren naar de rol van aquatische factoren en de ontwikkeling van strategieën om de uitstoot van plasticverontreinigende stoffen tegen te gaan.

Download nu uw PDF-exemplaar!

Bronnen: