Luftbobler på plast slipper ut mikroplast i vannet

Luftbobler på plast slipper ut mikroplast i vannet

Usynlige mikrobobler som dannes på hverdagsplast kan kaste mikroskopiske fragmenter, og avsløre en lavenergi- og utbredt bane av plastforurensning som oppstår der vann møter plast.

Studere:Erosjon forårsaket av mikrobobler frigjør mikro- og nanoplast i vannet. Bildekreditt: Ennachii/Shutterstock.com

En ny studie ledet av forskere ved Trinity College Dublin, Irland, rapporterer at luftbobler dannet på plastoverflater kan føre til overflateerosjon og fragmentering og utløse frigjøring av tidligere overflatebundet og vanskelig å oppdage mikro- og nanoplast i vannet. Studien er publisert i tidsskriftetVitenskapelige fremskritt.

Hvorfor det er viktig å forstå skjulte kilder til mikroplast

Mikro- og nanoplast (MNP) er utbredte mikroforurensninger i vannmiljøer som har skadelige effekter på miljø, dyreliv og menneskers helse. Disse forurensningene kan oppdages på alle nivåer i næringskjeden og til og med i ulike organer i menneskekroppen. Ifølge nyere estimater får folk i seg opptil 90 000 mikroplaster årlig gjennom flaskevann alene.

MNP er preget av deres lille partikkelstørrelse, sterke adhesjonsegenskaper og deres uttalte evne til å akkumulere i menneskelig vev. Akkumulering av mikroplast i menneskelig vev er assosiert med økt risiko for alvorlige kardiovaskulære komplikasjoner og har vært knyttet til nevrodegenerative sykdommer.

Eksisterende bevis tyder på at MNP-er frigjøres fra plastmasser til vann gjennom mekanisk nedbrytning eller ultrafiolett (UV) eksponering. Studier som undersøker påvirkningen av akvatiske faktorer som luftbobler, pH og saltholdighet på MNP-produksjon mangler imidlertid i stor grad, til tross for den nære kontakten mellom plast og vann i akvatiske miljøer.

Gitt de potensielle helseeffektene av MNP-er, er det viktig å forstå mekanismene som ligger til grunn for dannelsen og frigjøringen av MNP-er for å utvikle effektive reduksjonsstrategier. Blant de forskjellige mekanismene for MNP-generering har luftboblers rolle fått betydelig oppmerksomhet.

Luftbobler, som hovedsakelig dannes på plastoverflater under passende vann- og overflateforhold, kan løsne løse partikler fra disse overflatene og føre dem ut i vannet. Små bobler festet til MNP-er kan endre deres fysiske egenskaper som overflatespenning, tetthet og transportatferd.

Når det gjelder virkemåte, tyder de tilgjengelige funnene på at spenninger forårsaket av luftbobler på plastoverflater på grunn av indre trykk kan føre til overflatesprekker. Med denne virkemåten i betraktning, hadde den nåværende studien som mål å undersøke rollen til luftbobler i MNP-generering på overflatene til typisk plast.

Mikrobobler eroderer plastoverflater uten ekstern energi

Studien fant at små luftbobler som dannes spontant når vannforholdene tillater det på typiske plastoverflater, kan erodere overflatedefekter og utløse frigjøring av MNP. Disse hendelsene skjedde uavhengig og parallelt med mekanisk bulkdegradering eller UV-indusert oksidativ nedbrytning av plastoverflater, i stedet for å erstatte disse mekanismene.

Fragmentering av plastoverflater forårsaket av luftbobler skjedde over et bredt temperaturområde (25°C til 95°C) og i ulike vanntyper, inkludert avionisert vann, spring-, elve- og sjøvann, med raskere og mer omfattende utslipp observert ved høye temperaturer.

Når det gjelder virkemåte, viste studien at dannelsen, utvidelsen og bevegelsen av luftbobler på plastoverflater genererer lokale skjær- og kapillærspenninger som er i stand til å løse opp og deformere lavmolekylært polymermateriale på overflatedefektsteder som er mekanisk mindre stabile enn hoveddelen av plasten, noe som resulterer i frigjøring av MNP-er i vannet.

Denne mekanismen for MNP-generering via luftbobler er forskjellig fra andre mye studerte mekanismer. Under UV-indusert oksidativ nedbrytning kreves en vedvarende strøm av høyenergifotoner for å bryte polymerbindinger. Dette tilsvarer vanligvis måneder til år med sollys eller energikrevende laboratorielamper.

På samme måte krever mekanisk nedbrytning en kontinuerlig tilførsel av eksternt trykk via bølger, sand, industriell fresing eller turbulente blandere for å bryte ned polymerstrukturer.

Luftbobler, på den annen side, dannes uten behov for ytterligere mekanisk bevegelse eller strålingskraft når passende forhold er oppfylt, og krever ingen ekstern energitilførsel utover grenseflatekreftene som allerede er tilstede. Overflatespenningen til bobler gir lokale krefter som løsner lavmolekylært, lavkrystallinsk materiale fra defekter, noe som betyr at den energidrivende overflatefragmenteringen kommer direkte fra den frie grensesnittenergien som allerede er tilstede i systemet.

Til sammen antyder disse resultatene at luftboble-indusert fragmentering av plastoverflater er en virkelig lavenergivei for MNP-frigjøring og forekommer uansett hvor vann og plastoverflater kommer i kontakt, inkludert hverdagslige og naturlige vannmiljøer.

Dannelsen av luftbobler avhenger av to faktorer: vannkvalitet og de fysisk-kjemiske egenskapene til plastoverflater. Ved høye temperaturer avtar gassløseligheten i vann, noe som fremmer dannelse og vekst av luftbobler på plastoverflater. På samme måte gir høyere nivåer av oppløst oksygen og lavere nivåer av salt ytterligere oppløst gass for dannelse av luftbobler.

I tillegg har hydrofobe polymerer som polypropylen og polyetylen iboende overflatedefekter og er spesielt egnet for dannelse av luftbobler på grunn av økt gassoppfangning.

Disse mekanismene antyder at fragmenteringen av plastoverflater forårsaket av luftbobler og den påfølgende frigjøringen av MNP-er kan modifiseres ved å justere miljøparametere som vanntyper, eksponeringstemperatur, oppløst oksygen, saltholdighet og UV-bestråling, samt plastiske egenskaper som plasttyper, overflatedefekter, biofilmfesting, molekylvekt og krystallinitetsgrad.

Forskerne tror funnene deres vil stimulere til videre studier av akvatiske faktorers rolle og utvikling av strategier for å dempe utslipp av plastforurensninger.

Last ned PDF-eksemplaret ditt nå!

Kilder: