Bulele de aer de pe materiale plastice eliberează microplastice în apă

Bulele de aer de pe materiale plastice eliberează microplastice în apă

Microbulele invizibile care se formează pe materialele plastice de zi cu zi pot elimina fragmente microscopice, dezvăluind o cale larg răspândită de poluare cu plastic, care are loc oriunde apa se întâlnește cu plasticul.

Studiu:Eroziunea cauzată de microbule eliberează micro și nanoplastice în apă. Credit foto: Ennachii/Shutterstock.com

Un nou studiu condus de cercetătorii de la Trinity College Dublin, Irlanda, raportează că bulele de aer formate pe suprafețele din plastic pot duce la eroziunea și fragmentarea suprafeței și pot declanșa eliberarea în apă a micro și nanoplasticelor care erau anterior legate de suprafață și greu de detectat. Studiul este publicat în jurnalProgrese științifice.

De ce este important să înțelegem sursele ascunse de microplastice

Micro- și nanoplasticele (MNP) sunt micropoluanți larg răspândiți în mediile acvatice care au efecte dăunătoare asupra mediului, faunei sălbatice și sănătății umane. Acești poluanți pot fi detectați la fiecare nivel al lanțului trofic și chiar în diferite organe ale corpului uman. Potrivit estimărilor recente, oamenii ingerează până la 90.000 de microplastice anual numai prin apă îmbuteliată.

MNP-urile se caracterizează prin dimensiunea lor mică a particulelor, proprietățile puternice de adeziune și capacitatea lor pronunțată de a se acumula în țesutul uman. Acumularea de microplastice în țesutul uman este asociată cu un risc crescut de complicații cardiovasculare grave și a fost legată de boli neurodegenerative.

Dovezile existente sugerează că MNP-urile sunt eliberate din vrac de plastic în apă prin degradare mecanică sau expunere la ultraviolete (UV). Cu toate acestea, studiile care examinează influența factorilor acvatici precum bulele de aer, pH-ul și salinitatea asupra producției de MNP lipsesc în mare măsură, în ciuda contactului strâns dintre materiale plastice și apă în mediile acvatice.

Având în vedere potențialele efecte asupra sănătății ale MNP-urilor, este important să înțelegem mecanismele care stau la baza formării și eliberării MNP-urilor pentru a dezvolta strategii eficiente de atenuare. Printre diferitele mecanisme de generare a MNP, rolul bulelor de aer a câștigat o atenție considerabilă.

Bulele de aer, care se formează predominant pe suprafețele din plastic în condiții adecvate de apă și suprafață, pot desprinde particulele libere de pe aceste suprafețe și le pot transporta în apă. Bulele mici atașate de MNP-uri își pot modifica proprietățile fizice, cum ar fi tensiunea superficială, densitatea și comportamentul de transport.

În ceea ce privește modul de acțiune, constatările disponibile indică faptul că solicitările cauzate de bulele de aer pe suprafețele din plastic din cauza presiunii interne pot duce la fisuri la suprafață. Luând în considerare acest mod de acțiune, studiul actual și-a propus să investigheze rolul bulelor de aer în generarea de MNP pe suprafețele materialelor plastice tipice.

Microbulele erodează suprafețele din plastic fără energie externă

Studiul a constatat că bulele de aer minuscule care se formează spontan atunci când condițiile de apă permit pe suprafețele tipice din plastic pot eroda defectele de suprafață și pot declanșa eliberarea de MNP. Aceste evenimente au avut loc independent și în paralel cu degradarea mecanică în vrac sau degradarea oxidativă indusă de UV a suprafețelor din plastic, mai degrabă decât înlocuirea acestor mecanisme.

Fragmentarea suprafețelor din plastic cauzată de bule de aer a avut loc într-o gamă largă de temperaturi (25°C până la 95°C) și în diferite tipuri de apă, inclusiv apă deionizată, apă de robinet, râu și apă de mare, cu eliberare mai rapidă și mai extinsă observată la temperaturi ridicate.

În ceea ce privește modul de acțiune, studiul a arătat că formarea, expansiunea și mișcarea bulelor de aer pe suprafețele din plastic generează tensiuni locale de forfecare și capilare capabile să dizolve și să deformeze material polimeric cu greutate moleculară mică în locurile de defect de suprafață care sunt mecanic mai puțin stabile decât cea mai mare parte a plasticului, ducând la eliberarea de MNP în apă.

Acest mecanism de generare a MNP prin bule de aer este diferit de alte mecanisme studiate pe scară largă. În timpul degradării oxidative induse de UV, este necesar un flux susținut de fotoni de înaltă energie pentru a rupe legăturile polimerice. Acest lucru echivalează de obicei cu luni până la ani de lumină solară sau lămpi de laborator consumatoare de energie.

De asemenea, degradarea mecanică necesită o furnizare continuă de presiune externă prin valuri, nisip, frezare industrială sau amestecătoare turbulente pentru a distruge structurile polimerice.

Bulele de aer, pe de altă parte, se formează fără a fi nevoie de mișcare mecanică suplimentară sau putere radiantă odată ce sunt îndeplinite condițiile adecvate și nu necesită nicio intrare de energie externă dincolo de forțele interfațiale deja prezente. Tensiunea superficială a bulelor oferă forțe locale care desprind materialul cu greutate moleculară mică și cristalin scăzut din defecte, ceea ce înseamnă că energia care conduce fragmentarea suprafeței provine direct din energia liberă interfacială deja prezentă în sistem.

Luate împreună, aceste rezultate sugerează că fragmentarea suprafețelor din plastic indusă de bule de aer este o cale cu adevărat cu energie scăzută pentru eliberarea de MNP și are loc oriunde apa și suprafețele din plastic intră în contact, inclusiv mediile acvatice de zi cu zi și naturale.

Formarea bulelor de aer depinde de doi factori: calitatea apei și proprietățile fizico-chimice ale suprafețelor din plastic. La temperaturi ridicate, solubilitatea gazului în apă scade, ceea ce favorizează formarea și creșterea bulelor de aer pe suprafețele din plastic. De asemenea, niveluri mai mari de oxigen dizolvat și niveluri mai scăzute de sare oferă gaz dizolvat suplimentar pentru formarea bulelor de aer.

În plus, polimerii hidrofobi, cum ar fi polipropilena și polietilena, au defecte de suprafață inerente și sunt adecvați în special pentru formarea de bule de aer datorită captării crescute a gazului.

Aceste mecanisme sugerează că fragmentarea suprafețelor din plastic cauzată de bule de aer și eliberarea ulterioară de MNP pot fi modificate prin reglarea parametrilor de mediu cum ar fi tipurile de apă, temperatura de expunere, oxigenul dizolvat, salinitatea și iradierea UV, precum și proprietățile plastice precum tipurile de plastic, defecte de suprafață, atașarea biofilmului, greutatea moleculară și gradul de cristalinitate.

Cercetătorii cred că descoperirile lor vor stimula studii suplimentare privind rolul factorilor acvatici și dezvoltarea de strategii pentru a reduce eliberarea de poluanți din plastic.

Descărcați copia dvs. PDF acum!

Surse: