Langsigtet undersøgelse viser hurtig dannelse af mikro- og nanoplast i miljøet

De fleste mikroplastpartikler i miljøet stammer fra større stykker plast. I et langtidsstudie, et tværfagligt forskerhold ved University of Bayreuth har simuleret, hvor hurtigt plastik nedbrydes i fragmenter under naturlige påvirkninger. Højteknologiske laboratorietests på polystyren viser to faser af abiotisk nedbrydning. Til at starte med, plastens stabilitet svækkes ved foto-oxidation. Derefter dannes revner og flere og flere og mindre fragmenter frigives til miljøet. Studiet, offentliggjort i tidsskriftet Miljøvidenskab og teknologi , gør det muligt at drage konklusioner om anden plast, der er almindelig i miljøet.

Polystyren er en billig plast, der ofte bruges til emballering og varmeisolering, og er derfor særlig almindelig i plastaffald. Som en del af deres langsigtede undersøgelse, Bayreuth -forskerne kombinerede for første gang analytiske undersøgelser, som også blev udført på polystyrenpartikler på atomniveau, med målinger, der bestemmer disse partiklers adfærd under mekanisk belastning. På baggrund af dette, de udviklede en model for abiotisk nedbrydning, dvs. nedbrydning uden påvirkning af levende organismer.

"Vores undersøgelse viser, at en enkelt mikroplastpartikel med en diameter på 160 mikrometer frigiver omkring 500 partikler i størrelsesordenen 20 mikrometer - dvs. 0,02 millimeter - i løbet af halvandet år efter at have været udsat for naturlige forvitringsprocesser i miljøet. Over tid, disse partikler nedbrydes igen i mindre og mindre fragmenter. En ecocorona kan dannes omkring disse små partikler, muligvis lette penetration i cellerne i levende organismer. Dette blev opdaget for et par måneder siden af ​​en anden Bayreuth -forskergruppe, "siger første forfatter Nora Meides, en doktorand i makromolekylær kemi ved University of Bayreuth.

I vandet, mikroplastpartiklerne blev udsat for to stressfaktorer:intens sollys og kontinuerlig mekanisk stress frembragt ved omrøring. I det virkelige miljø, sollys og mekanisk stress er faktisk de to vigtigste abiotiske faktorer, der bidrager til gradvis fragmentering af partiklerne. Bestråling af sollys udløser oxidationsprocesser på overfladen af ​​partiklerne. Denne foto-oxidation, i kombination med mekanisk belastning, har betydelige konsekvenser. Polystyrenkæderne bliver stadig kortere. Desuden, de bliver mere og mere polære, dvs. ladningscentre dannes i molekylerne. I anden fase, mikroplastpartiklerne begynder at fragmentere. Her, partiklerne nedbrydes i mindre og mindre fragmenter. Fra en enkelt 160 mikrometer partikel, 500 datterpartikler mindre end 20 mikrometer i diameter dannes. Under denne proces, der dannes yderligere nanoplastiske partikler.

"Vores forskningsresultater er et værdifuldt grundlag for at undersøge den abiotiske nedbrydning af makro- og mikroplastik i miljøet- både på land og på overfladen af ​​vand- mere detaljeret, ved hjælp af andre typer plast som eksempler. Vi blev selv overraskede over fragmenteringens hastighed, hvilket igen viser de potentielle risici, der kan udspringe af den voksende byrde af plast på miljøet. Især større plastaffaldsgenstande, er - når de udsættes for sollys og slid - et reservoir med konstant mikroplastisk input. Det er netop disse små partikler, næppe synlig for det blotte øje, der spredte sig til de fjerneste økosystemer via forskellige transportruter, "siger Teresa Menzel, Ph.d. studerende inden for Polymer Engineering.

"Den polystyren, der blev undersøgt i vores langsigtede undersøgelse, har en kulstofkæde-rygrad, ligesom polyethylen og polypropylen. Det er meget sandsynligt, at den tofasede model, vi har udviklet om polystyren, kan overføres til disse plastmaterialer, "tilføjer hovedforfatter prof. dr. Jürgen Senker, professor i uorganisk kemi, der koordinerede forskningsarbejdet.

Undersøgelsen, der nu er offentliggjort, er resultatet af det tætte tværfaglige samarbejde mellem en arbejdsgruppe, der tilhører DFG Collaborative Research Center "Microplastics" ved University of Bayreuth. I dette team, forskere fra makromolekylær kemi, uorganisk kemi, ingeniørvidenskab, og dyreøkologi forsker i fællesskab i dannelsen og nedbrydningen af ​​mikroplast. Talrige typer forskningsteknologi er tilgængelige på Bayreuth -campus til dette formål, som blev brugt i langtidsundersøgelsen:bl.a. 13C-MAS NMR spektroskopi, energidispersiv røntgenspektroskopi (EDX), scannende elektronmikroskopi (SEM), og gelpermeationskromatografi (GPC).