Zračni mehurčki na plastiki sproščajo mikroplastiko v vodo

Zračni mehurčki na plastiki sproščajo mikroplastiko v vodo

Nevidni mikromehurčki, ki nastanejo na vsakodnevni plastiki, lahko odvržejo mikroskopske drobce, kar razkrije nizkoenergijsko in razširjeno pot plastičnega onesnaženja, ki se pojavi povsod, kjer se voda sreča s plastiko.

študija:Erozija, ki jo povzročajo mikromehurčki, sprošča mikro- in nanoplastiko v vodo. Avtor fotografije: Ennachii/Shutterstock.com

Nova študija, ki so jo vodili raziskovalci na Trinity College Dublin na Irskem, poroča, da lahko zračni mehurčki, ki nastanejo na plastičnih površinah, povzročijo površinsko erozijo in drobljenje ter sprožijo sproščanje mikro- in nanoplastike, ki je bila predhodno vezana na površino in jo je bilo težko zaznati, v vodo. Študija je objavljena v revijiZnanstveni napredek.

Zakaj je pomembno razumeti skrite vire mikroplastike

Mikro- in nanoplastika (MNP) sta zelo razširjena mikroonesnaževala v vodnem okolju, ki škodljivo vplivata na okolje, prostoživeče živali in zdravje ljudi. Ta onesnaževala je mogoče zaznati na vseh ravneh prehranjevalne verige in celo v različnih organih človeškega telesa. Po zadnjih ocenah ljudje samo z ustekleničeno vodo letno zaužijemo do 90.000 mikroplastike.

Za MNP so značilne majhna velikost delcev, močne adhezijske lastnosti in izrazita sposobnost kopičenja v človeškem tkivu. Kopičenje mikroplastike v človeškem tkivu je povezano s povečanim tveganjem za resne srčno-žilne zaplete in je povezano z nevrodegenerativnimi boleznimi.

Obstoječi dokazi kažejo, da se MNP sproščajo iz plastičnih kosov v vodo z mehansko razgradnjo ali izpostavljenostjo ultravijoličnim (UV) žarkom. Vendar študij, ki bi preučevale vpliv vodnih dejavnikov, kot so zračni mehurčki, pH in slanost, na proizvodnjo MNP v veliki meri primanjkuje, kljub tesnemu stiku med plastiko in vodo v vodnem okolju.

Glede na možne učinke MNP na zdravje je pomembno razumeti mehanizme, na katerih temelji nastajanje in sproščanje MNP, da bi razvili učinkovite strategije za ublažitev. Med različnimi mehanizmi generiranja MNP je vloga zračnih mehurčkov pridobila veliko pozornosti.

Zračni mehurčki, ki nastanejo predvsem na plastičnih površinah v ustreznih vodnih in površinskih razmerah, lahko s teh površin odtrgajo ohlapne delce in jih odnesejo v vodo. Majhni mehurčki, pritrjeni na MNP, lahko spremenijo svoje fizikalne lastnosti, kot so površinska napetost, gostota in transportno obnašanje.

Glede na način delovanja razpoložljive ugotovitve kažejo, da lahko napetosti, ki jih povzročajo zračni mehurčki na plastičnih površinah zaradi notranjega pritiska, povzročijo površinske razpoke. Ob upoštevanju tega načina delovanja je bila trenutna študija namenjena raziskovanju vloge zračnih mehurčkov pri ustvarjanju MNP na površinah tipične plastike.

Mikromehurčki razjedajo plastične površine brez zunanje energije

Študija je pokazala, da lahko drobni zračni mehurčki, ki na tipičnih plastičnih površinah nastanejo spontano, ko to dopuščajo vodni pogoji, razjedajo površinske napake in sprožijo sproščanje MNP. Ti dogodki so se zgodili neodvisno in vzporedno z mehansko množično razgradnjo ali UV-inducirano oksidativno razgradnjo plastičnih površin, namesto da bi nadomestili te mehanizme.

Razdrobljenost plastičnih površin zaradi zračnih mehurčkov se je pojavila v širokem razponu temperatur (25 °C do 95 °C) in v različnih vrstah vode, vključno z deionizirano vodo, vodo iz pipe, rečno in morsko vodo, pri čemer so opazili hitrejše in obsežnejše sproščanje pri povišanih temperaturah.

Kar zadeva način delovanja, je študija pokazala, da nastajanje, širjenje in gibanje zračnih mehurčkov na plastičnih površinah ustvarja lokalne strižne in kapilarne napetosti, ki lahko raztopijo in deformirajo polimerni material z nizko molekulsko maso na mestih površinskih napak, ki so mehansko manj stabilne kot večina plastike, kar povzroči sproščanje MNP v vodo.

Ta mehanizem generiranja MNP prek zračnih mehurčkov se razlikuje od drugih široko raziskanih mehanizmov. Med UV-inducirano oksidativno razgradnjo je potreben trajen tok visokoenergijskih fotonov za prekinitev polimernih vezi. To je običajno enako mesecih do let sončne svetlobe ali energetsko intenzivnih laboratorijskih žarnic.

Podobno mehanska razgradnja zahteva stalno dovajanje zunanjega pritiska prek valov, peska, industrijskega mletja ali turbulentnih mešalnikov za razgradnjo polimernih struktur.

Po drugi strani pa se zračni mehurčki oblikujejo brez potrebe po dodatnem mehanskem gibanju ali sevalni moči, ko so izpolnjeni ustrezni pogoji, in ne zahtevajo zunanjega vnosa energije, ki presega že prisotne mejne sile. Površinska napetost mehurčkov zagotavlja lokalne sile, ki ločijo material z nizko molekularno maso in nizko kristalno strukturo od napak, kar pomeni, da energija, ki poganja površino, izvira neposredno iz proste energije na površini, ki je že prisotna v sistemu.

Ti rezultati skupaj kažejo, da je fragmentacija plastičnih površin, ki jo povzročajo zračni mehurčki, resnično nizkoenergijska pot za sproščanje MNP in se pojavi povsod, kjer voda in plastične površine pridejo v stik, vključno z vsakodnevnimi in naravnimi vodnimi okolji.

Nastajanje zračnih mehurčkov je odvisno od dveh dejavnikov: kakovosti vode in fizikalno-kemijskih lastnosti plastičnih površin. Pri visokih temperaturah se zmanjša topnost plina v vodi, kar spodbuja nastanek in rast zračnih mehurčkov na plastičnih površinah. Podobno višje ravni raztopljenega kisika in nižje ravni soli zagotavljajo dodaten raztopljeni plin za nastanek zračnih mehurčkov.

Poleg tega imajo hidrofobni polimeri, kot sta polipropilen in polietilen, inherentne površinske napake in so posebej primerni za tvorbo zračnih mehurčkov zaradi povečanega ujetja plina.

Ti mehanizmi kažejo, da je mogoče razdrobljenost plastičnih površin, ki jo povzročajo zračni mehurčki, in kasnejše sproščanje MNP spremeniti z nastavitvijo okoljskih parametrov, kot so vrste vode, temperatura izpostavljenosti, raztopljeni kisik, slanost in UV-obsevanje, kot tudi lastnosti plastike, kot so vrste plastike, površinske napake, pritrditev biofilma, molekulska masa in stopnja kristaliničnosti.

Raziskovalci verjamejo, da bodo njihove ugotovitve spodbudile nadaljnje študije o vlogi vodnih dejavnikov in razvoj strategij za omejitev izpusta plastičnih onesnaževal.

Prenesite svojo kopijo PDF zdaj!

Viri: