Forskere udvikler en miljøvenlig magnet til at bekæmpe mikroplastik

Plastforurening er et presserende miljøspørgsmål, og University of Kentucky Martin-Gatton College of Agriculture, Food and Environment-forskere fører an med en innovativ løsning.

Kollegiets Department of Biosystems and Agricultural Engineering (BAE) samarbejdede med U.K. Department of Chemical and Materials Engineering for at tackle de små, ofte usete, plastikpartikler, der nu findes i verdenshavene.

Deres forskning, offentliggjort i Scientific Reports , centrerer sig om en spændende løsning:Brug af naturlige dybe eutektiske opløsningsmidler (NADES) til at fange og fjerne disse miniaturepartikler fra vand.

"Udfordringen med mikro- og nanoplast i vores miljø har fået intens opmærksomhed for nylig," sagde BAE-lektor Jian Shi. "Disse små partikler, som ofte er usynlige for det blotte øje, er resterne af større plastikstykker, der nedbrydes af sollys og fysisk stress. Deres størrelse gør dem notorisk svære at fjerne ved hjælp af konventionelle metoder som centrifugering eller filtrering, som enten er ineffektive eller for dyre. ."

Plast er et holdbart, billigt materiale, hvilket gør det til en fast bestanddel i dagligdagen. Men dens styrke er også dens miljømæssige undergang.

Plast nedbrydes ikke let, hvilket fører til massive bunker af affald. Over tid brydes disse plastik i mindre fragmenter. De mindste, nanoplastik, er så små, at de ikke kan ses uden et mikroskop. Deres størrelse gør dem til en betydelig fare, da de kan indtages af livet i havet og indgå i den menneskelige fødekæde.

"Tænk på NADES som en slags 'magnet', der specifikt tiltrækker og holder på disse små plastikstykker," sagde Czarena Crofcheck, BAE-professor og studiemedforfatter. "Dybest set blandes NADES med vandet og 'klæber' til plastikken og trækker dem ud af vandet."

Molekylerne i NADES kan danne bindinger med molekylerne i plastikken, lidt ligesom velcro virker:Den ene side klæber til den anden. Denne egenskab gør NADES særlig god til at gribe fat i og holde på disse plastikpartikler.

NADES er også unikke, fordi de er effektive og miljøvenlige. De er lavet af naturlige materialer, hvilket betyder, at de ikke tilføjer flere forurenende stoffer til miljøet, mens de renser de eksisterende.

"Vores tilgang introducerer konceptet med dybe eutektiske opløsningsmidler, som er unikke i deres sammensætning og adfærd," sagde Shi. "Afledt af naturlige kilder som planter og kokosnødder, omdannes disse opløsningsmidler fra fast til flydende, når de blandes, hvilket skaber et effektivt medium til at udvinde disse små plastikpartikler fra vand."

Forskerne fokuserede på polyethylenterephthalat (PET) som det, der findes i plastikflasker, polystyren (PS), der bruges til materialer som emballering af jordnødder og polymælkesyre (PLA), der bruges til plastfilm og fødevarebeholdere. Ved hjælp af computersimuleringer kunne de se, hvordan disse interaktioner fungerer på en minutskala.

Deres eksperimenter viste, at visse NADES er særligt gode til at udvinde disse typer plastik fra vand. Denne opdagelse var afgørende og tilbød en målrettet tilgang til at fjerne plastik.

Forskningen præsenterer en ny, effektiv måde at rense vand for mikro- og nanoplast. Derudover giver det en vej til at genbruge disse plastik, hvilket resulterer i betydelige miljømæssige fordele.

"Forestil dig at være i stand til at mindske vores overordnede miljømæssige fodaftryk," sagde Crofcheck. "Med bidrag fra kemiteknik til molekylære simuleringer har vi været i stand til at uddybe vores forståelse af, hvorfor disse opløsningsmidler er mere effektive til at trække plastik op af vandet. Denne teoretiske forståelse er afgørende for at fremme praktiske anvendelser og fremtidig forskning."

Mens forskningen stadig er i udviklingsstadier, er teamet optimistiske med hensyn til dens potentielle anvendelser.

"Vores næste skridt er at teste disse opløsningsmidler i større skala og under forskellige miljøforhold," sagde Shi. "Vi tror på, at NADES kan være en game-changer i vores kamp mod plastikforurening."

Flere oplysninger: Jameson R. Hunter et al., Grøn opløsningsmiddelmedieret udvinding af mikro- og nanoplastpartikler fra vand, Scientific Reports (2023). DOI:10.1038/s41598-023-37490-6

Journaloplysninger: Videnskabelige rapporter

Leveret af University of Kentucky