Luftbubblor på plast släpper ut mikroplaster i vattnet

Luftbubblor på plast släpper ut mikroplaster i vattnet

Osynliga mikrobubblor som bildas på vardagliga plaster kan kasta ut mikroskopiska fragment och avslöja en lågenergi- och utbredd väg av plastföroreningar som uppstår varhelst vatten möter plast.

Studera:Erosion orsakad av mikrobubblor släpper ut mikro- och nanoplaster i vattnet. Fotokredit: Ennachii/Shutterstock.com

En ny studie ledd av forskare vid Trinity College Dublin, Irland, rapporterar att luftbubblor som bildas på plastytor kan leda till yterosion och fragmentering och utlösa utsläpp av tidigare ytbundna och svårupptäckta mikro- och nanoplaster i vattnet. Studien publiceras i tidskriftenVetenskapliga framsteg.

Varför det är viktigt att förstå dolda källor till mikroplast

Mikro- och nanoplaster (MNP) är utbredda mikroföroreningar i vattenmiljöer som har skadliga effekter på miljön, vilda djur och människors hälsa. Dessa föroreningar kan detekteras på alla nivåer i näringskedjan och till och med i olika organ i människokroppen. Enligt nya uppskattningar får människor i sig upp till 90 000 mikroplaster årligen enbart genom vatten på flaska.

MNP kännetecknas av sin lilla partikelstorlek, starka vidhäftningsegenskaper och sin uttalade förmåga att ackumuleras i mänsklig vävnad. Ansamlingen av mikroplast i mänsklig vävnad är associerad med en ökad risk för allvarliga kardiovaskulära komplikationer och har kopplats till neurodegenerativa sjukdomar.

Befintliga bevis tyder på att MNP:er frigörs från plastbulk till vatten genom mekanisk nedbrytning eller ultraviolett (UV) exponering. Studier som undersöker inverkan av akvatiska faktorer som luftbubblor, pH och salthalt på MNP-produktion saknas dock till stor del, trots den nära kontakten mellan plast och vatten i akvatiska miljöer.

Med tanke på de potentiella hälsoeffekterna av MNP:er är det viktigt att förstå de mekanismer som ligger bakom bildandet och frisättningen av MNP:er för att utveckla effektiva begränsningsstrategier. Bland de olika mekanismerna för MNP-generering har luftbubblors roll fått stor uppmärksamhet.

Luftbubblor, som huvudsakligen bildas på plastytor under lämpliga vatten- och ytförhållanden, kan lossa lösa partiklar från dessa ytor och föra ut dem i vattnet. Små bubblor fästa vid MNP kan ändra deras fysiska egenskaper såsom ytspänning, densitet och transportbeteende.

När det gäller verkningssättet tyder de tillgängliga fynden på att spänningar orsakade av luftbubblor på plastytor på grund av inre tryck kan leda till ytsprickor. Med hänsyn till detta handlingssätt syftade den aktuella studien till att undersöka luftbubblors roll i MNP-generering på ytorna av typiska plaster.

Mikrobubblor eroderar plastytor utan extern energi

Studien fann att små luftbubblor som bildas spontant när vattenförhållandena tillåter på typiska plastytor kan erodera ytdefekter och utlösa frisättning av MNP. Dessa händelser inträffade oberoende och parallellt med mekanisk bulknedbrytning eller UV-inducerad oxidativ nedbrytning av plastytor, snarare än att ersätta dessa mekanismer.

Fragmentering av plastytor orsakade av luftbubblor inträffade över ett brett temperaturområde (25°C till 95°C) och i olika vattentyper, inklusive avjoniserat vatten, kran-, flod- och havsvatten, med snabbare och mer omfattande utsläpp observerade vid förhöjda temperaturer.

När det gäller verkningssätt visade studien att bildningen, expansionen och rörelsen av luftbubblor på plastytor genererar lokala skjuv- och kapillärspänningar som kan lösa upp och deformera polymermaterial med låg molekylvikt vid ytdefekter som är mekaniskt mindre stabila än plastens huvuddel, vilket resulterar i frisättning av MNP i vattnet.

Denna mekanism för MNP-generering via luftbubblor skiljer sig från andra allmänt studerade mekanismer. Under UV-inducerad oxidativ nedbrytning krävs ett ihållande flöde av högenergifotoner för att bryta polymerbindningar. Detta motsvarar vanligtvis månader till år av solljus eller energikrävande laboratorielampor.

På samma sätt kräver mekanisk nedbrytning en kontinuerlig tillförsel av externt tryck via vågor, sand, industriell fräsning eller turbulenta blandare för att bryta ner polymerstrukturer.

Luftbubblor, å andra sidan, bildas utan behov av ytterligare mekanisk rörelse eller strålningskraft när väl lämpliga förhållanden är uppfyllda, och kräver ingen extern energiinmatning utöver de gränsytkrafter som redan finns. Bubblors ytspänning ger lokala krafter som lösgör lågmolekylärt, lågkristallint material från defekter, vilket innebär att den energidrivande ytfragmenteringen kommer direkt från den fria gränsytenergin som redan finns i systemet.

Sammantaget tyder dessa resultat på att luftbubblor-inducerad fragmentering av plastytor är en verkligt lågenergiväg för MNP-utsläpp och inträffar varhelst vatten och plastytor kommer i kontakt, inklusive vardagliga och naturliga vattenmiljöer.

Bildandet av luftbubblor beror på två faktorer: vattenkvaliteten och de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos plastytor. Vid höga temperaturer minskar gasens löslighet i vatten, vilket främjar bildning och tillväxt av luftbubblor på plastytor. På samma sätt ger högre nivåer av löst syre och lägre nivåer av salt ytterligare löst gas för bildning av luftbubblor.

Dessutom har hydrofoba polymerer såsom polypropen och polyeten inneboende ytdefekter och är särskilt lämpliga för bildning av luftbubblor på grund av ökad gasinneslutning.

Dessa mekanismer tyder på att fragmenteringen av plastytor orsakad av luftbubblor och den efterföljande frisättningen av MNP:er kan modifieras genom att justera miljöparametrar som vattentyper, exponeringstemperatur, löst syre, salthalt och UV-bestrålning, samt plastegenskaper som plasttyper, ytdefekter, biofilmfästning, molekylvikt och kristallinitetsgrad.

Forskarna tror att deras fynd kommer att stimulera ytterligare studier om rollen av akvatiska faktorer och utvecklingen av strategier för att bromsa utsläppet av plastföroreningar.

Ladda ner din PDF-kopia nu!

Källor: