Vzduchové bubliny na plastoch uvoľňujú mikroplasty do vody

Vzduchové bubliny na plastoch uvoľňujú mikroplasty do vody

Neviditeľné mikrobubliny, ktoré sa tvoria na každodenných plastoch, môžu vylučovať mikroskopické úlomky a odhaľovať nízkoenergetickú a rozšírenú cestu plastového znečistenia, ku ktorej dochádza všade tam, kde sa voda stretáva s plastom.

štúdium:Erózia spôsobená mikrobublinami uvoľňuje do vody mikro- a nanoplasty. Fotografický kredit: Ennachii/Shutterstock.com

Nová štúdia vedená výskumníkmi z Trinity College Dublin v Írsku uvádza, že vzduchové bubliny vytvorené na plastových povrchoch môžu viesť k povrchovej erózii a fragmentácii a spúšťať uvoľňovanie predtým povrchovo viazaných a ťažko zistiteľných mikro- a nanoplastov do vody. Štúdia je publikovaná v časopiseVedecké pokroky.

Prečo je dôležité pochopiť skryté zdroje mikroplastov

Mikro- a nanoplasty (MNP) sú rozšírené mikropolutanty vo vodnom prostredí, ktoré majú škodlivé účinky na životné prostredie, voľne žijúce zvieratá a ľudské zdravie. Tieto znečisťujúce látky možno zistiť na každej úrovni potravinového reťazca a dokonca aj v rôznych orgánoch ľudského tela. Podľa najnovších odhadov ľudia prijmú ročne až 90 000 mikroplastov len prostredníctvom balenej vody.

MNP sa vyznačujú malou veľkosťou častíc, silnými adhéznymi vlastnosťami a výraznou schopnosťou akumulovať sa v ľudskom tkanive. Hromadenie mikroplastov v ľudskom tkanive je spojené so zvýšeným rizikom závažných kardiovaskulárnych komplikácií a spája sa s neurodegeneratívnymi ochoreniami.

Existujúce dôkazy naznačujú, že MNP sa uvoľňujú z plastových objemov do vody prostredníctvom mechanickej degradácie alebo vystavenia ultrafialovému (UV) žiareniu. Štúdie skúmajúce vplyv vodných faktorov, ako sú vzduchové bubliny, pH a salinita, na produkciu MNP však vo veľkej miere chýbajú, a to aj napriek úzkemu kontaktu medzi plastmi a vodou vo vodnom prostredí.

Vzhľadom na potenciálne zdravotné účinky MNP je dôležité pochopiť mechanizmy, ktoré sú základom tvorby a uvoľňovania MNP, aby sa vyvinuli účinné stratégie na zmiernenie. Spomedzi rôznych mechanizmov tvorby MNP získala značnú pozornosť úloha vzduchových bublín.

Vzduchové bubliny, ktoré sa pri vhodných vodných a povrchových podmienkach tvoria prevažne na plastových povrchoch, môžu z týchto povrchov uvoľniť uvoľnené častice a zaniesť ich do vody. Malé bubliny pripojené k MNP môžu zmeniť svoje fyzikálne vlastnosti, ako je povrchové napätie, hustota a transportné správanie.

Pokiaľ ide o spôsob účinku, dostupné zistenia naznačujú, že napätia spôsobené vzduchovými bublinami na plastových povrchoch v dôsledku vnútorného tlaku môžu viesť k povrchovým trhlinám. Berúc do úvahy tento spôsob pôsobenia, cieľom súčasnej štúdie bolo preskúmať úlohu vzduchových bublín pri tvorbe MNP na povrchoch typických plastov.

Mikrobubliny erodujú plastové povrchy bez vonkajšej energie

Štúdia zistila, že drobné vzduchové bubliny, ktoré sa tvoria spontánne, keď to vodné podmienky umožňujú na typických plastových povrchoch, môžu erodovať povrchové defekty a spúšťať uvoľňovanie MNP. Tieto udalosti sa vyskytli nezávisle a paralelne s mechanickou hromadnou degradáciou alebo oxidačnou degradáciou plastových povrchov vyvolanou UV žiarením, namiesto toho, aby nahradili tieto mechanizmy.

Fragmentácia plastových povrchov spôsobená vzduchovými bublinami sa vyskytla v širokom rozsahu teplôt (25 °C až 95 °C) a v rôznych typoch vody, vrátane deionizovanej vody, vodovodnej, riečnej a morskej vody, pričom rýchlejšie a rozsiahlejšie uvoľňovanie bolo pozorované pri zvýšených teplotách.

Pokiaľ ide o spôsob účinku, štúdia ukázala, že tvorba, expanzia a pohyb vzduchových bublín na plastových povrchoch generuje lokálne šmykové a kapilárne napätia schopné rozpúšťať a deformovať polymérny materiál s nízkou molekulovou hmotnosťou na miestach povrchových defektov, ktoré sú mechanicky menej stabilné ako väčšina plastu, čo vedie k uvoľňovaniu MNP do vody.

Tento mechanizmus tvorby MNP prostredníctvom vzduchových bublín sa líši od iných široko študovaných mechanizmov. Počas oxidatívnej degradácie vyvolanej UV žiarením je potrebný trvalý tok fotónov s vysokou energiou na prerušenie polymérnych väzieb. To sa zvyčajne rovná mesiacom až rokom slnečného svetla alebo energeticky náročných laboratórnych lámp.

Podobne si mechanická degradácia vyžaduje nepretržité dodávanie vonkajšieho tlaku prostredníctvom vĺn, piesku, priemyselného mletia alebo turbulentných mixérov na rozbitie polymérnych štruktúr.

Na druhej strane vzduchové bubliny sa po splnení vhodných podmienok tvoria bez potreby dodatočného mechanického pohybu alebo vyžarovania a nevyžadujú žiadny externý energetický vstup nad rámec už prítomných medzifázových síl. Povrchové napätie bublín poskytuje lokálne sily, ktoré oddeľujú nízkomolekulárny, nízkokryštalický materiál od defektov, čo znamená, že energia poháňajúca fragmentáciu povrchu pochádza priamo z voľnej medzifázovej energie, ktorá je už prítomná v systéme.

Celkovo tieto výsledky naznačujú, že fragmentácia plastových povrchov vyvolaná vzduchovými bublinami je skutočne nízkoenergetickou cestou uvoľňovania MNP a vyskytuje sa všade tam, kde voda a plastové povrchy prichádzajú do kontaktu, vrátane každodenného a prirodzeného vodného prostredia.

Tvorba vzduchových bublín závisí od dvoch faktorov: od kvality vody a od fyzikálno-chemických vlastností plastových povrchov. Pri vysokých teplotách klesá rozpustnosť plynov vo vode, čo podporuje tvorbu a rast vzduchových bublín na plastových povrchoch. Podobne vyššie hladiny rozpusteného kyslíka a nižšie hladiny soli poskytujú dodatočný rozpustený plyn na tvorbu vzduchových bublín.

Okrem toho majú hydrofóbne polyméry, ako je polypropylén a polyetylén, vlastné povrchové defekty a sú obzvlášť vhodné na vytváranie vzduchových bublín v dôsledku zvýšeného zachytávania plynu.

Tieto mechanizmy naznačujú, že fragmentáciu plastových povrchov spôsobenú vzduchovými bublinami a následné uvoľňovanie MNP je možné upraviť vyladením parametrov prostredia, ako sú typy vody, teplota expozície, rozpustený kyslík, slanosť a UV žiarenie, ako aj vlastnosti plastov, ako sú typy plastov, povrchové defekty, pripojenie biofilmu, molekulová hmotnosť a stupeň kryštalinity.

Vedci veria, že ich zistenia budú stimulovať ďalšie štúdie o úlohe vodných faktorov a vývoji stratégií na obmedzenie uvoľňovania plastových znečisťujúcich látok.

Stiahnite si svoju kópiu PDF teraz!

Zdroje: