Mikroplastikpartikel mit einem Durchmesser von weniger als 5 mm kommen in allen Gewässern der Welt vor und können für Menschen und Wasserlebewesen schädlich sein. In dem von den Forschern entwickelten zweistufigen System werden die meisten Plastikpartikel mithilfe von Stahlrohren und vibrierenden Schallwellen effektiv aus den Wasserproben entfernt. Die Gruppe wird ihre Ergebnisse auf der Frühjahrstagung 2023 der American Chemical Society (ACS) vorstellen.
Die meisten Wasserstraßen, von Bächen bis zum Arktischen Ozean, haben farbige Plastikabfälle, die unter der Oberfläche schwimmen. Dieses Mikroplastik, weniger als 5 mm breit und fein, hat das Potenzial, Wasserlebewesen, Pflanzen und Menschen gleichermaßen zu schädigen. Deshalb entwickeln Forscher Strategien, um sie loszuwerden und sie an der Quelle zu stoppen. Ein großer Teil der Kunststoffpartikel in echten Wasserproben kann jetzt dank eines zweistufigen Systems aus Stahlrohren und vibrierenden Schallwellen entfernt werden, so die Forschung eines Teams.
Die Forscher stellen ihre Ergebnisse auf der Frühjahrstagung der American Chemical Society vor. (ACS). Das Hybrid-ACS-Frühjahrstreffen 26, das vom 30. bis 2023. März stattfindet, wird mehr als 10.000 Präsentationen zu verschiedenen Forschungsthemen umfassen.
Laut dem leitenden Forscher des Projekts, Doktor Menake Piyasena, „kam diese Idee aus einer Diskussion, die ich mit einem Kollegen hatte, der sagte, wir bräuchten neue Wege, um Mikroplastik aus Wasser zu sammeln.“ „Ich habe mich gefragt, ob wir akustische Kräfte nutzen könnten, um das Mikroplastik im Wasser zu sammeln, damit wir das Plastik leichter entfernen können, weil es die Partikel aneinander binden kann.“
Die beliebteste Methode, um diese Bestandteile aus dem Wasser zu entfernen, ist die Filtration. Beispielsweise können Auslauffilter von Waschmaschinen verhindern, dass Kleidungsfasern ins Abwasser gelangen. Filter müssen häufig gereinigt werden, da sie verstopfen können, was diesen Prozess in großem Umfang teuer macht.
Eine weitere Alternative ist die Verwendung akustischer Kräfte oder Schallwellen, um Kunststoffpartikel in bewegtem Wasser zu kondensieren. Diese Kräfte übertragen Energie auf umgebende Partikel, wodurch einige vibrieren und sich bewegen. Stellen Sie sich einen Lautsprecher vor, der den Boden erschüttert und Schmutz- und Staubflecken in alle Richtungen schleudert. Um beispielsweise biologische Partikel aus Flüssigkeiten zu trennen, um rote Blutkörperchen aus Plasma zu trennen, haben Wissenschaftler dieses Phänomen bereits früher genutzt.
Diese Methode wurde kürzlich von einigen Teams verwendet, um Mikroplastik von Proben zu trennen, die sie im Labor nur mit destilliertem Wasser hergestellt haben. Für diese Aufgabe wurden jedoch nur bescheidene Wassermengen verwendet.
Einer der Forscher, Nelum Perera, behauptet, dass sie auch Mikroplastik verwenden, das nur einige zehn Mikrometer breit ist – kleiner als die Breite eines menschlichen Haares.
Bei der Präsentation der Ergebnisse sagt Perera: „Ich habe gelesen, dass die meisten Mikroplastiken in der Umwelt größer sind. Daher wollte ich ein Tool entwickeln, das für die meisten Größen verwendet werden kann und gleichzeitig skalierbar ist, um reale Ziele zu erreichen.
Perera baute ein Proof-of-Concept-System mit 8 mm breiten Stahlrohren, die mit einem Einlassrohr und mehreren Auslassrohren verbunden sind, um erhöhte Wasserdurchflussraten zu bewältigen. Dann befestigte er einen Wandler an der Seite des Metallrohrs. Wenn der Wandler eingeschaltet wurde, schickte er Ultraschallwellen durch das Metallrohr und erzeugte Schalldrücke, die es einfacher machten, das Mikroplastik einzufangen, während es sich durch das System bewegte.
Laut Piyasena ist das Prototypgerät weniger komplex als herkömmliche Filtertechniken, da es nicht so schnell verstopft wie ein Filter.
In ihren ersten Experimenten mit Mikroplastik aus Polystyrol, Polyethylen und Polymethylmethacrylat stellten die Forscher fest, dass sich kleinere (6 bis 180 m breite) Partikel bei Schalldruck anders verhielten als größere (180 bis 300 m breite). Partikel beider Größen wurden in der Mitte des Kanals gestapelt und traten aus dem zentralen Auslass aus, während sauberes Wasser aus den Auslässen auf beiden Seiten strömte. Wurde dem Wasser jedoch Weichspüler oder Waschmittel zugesetzt, kondensierten größere Partikel an den Seiten und traten aus den seitlichen Auslässen aus, während der mittlere Auslauf sauberes Wasser abgab.
Basierend auf diesen Erkenntnissen machten sich die Forscher an die Arbeit an einem System, das sich diese verschiedenen Gesten zunutze machen könnte. Zwei Stahlrohre wurden Rücken an Rücken miteinander verbunden: In der ersten Stufe wurden kleine Mikroplastikpartikel mit einer Breite von weniger als 180 Metern entfernt, während in der zweiten Stufe der Wasserstrom mit den verbleibenden größeren Mikroplastikpartikeln gereinigt wurde. „Wir haben mehr als 70 % der kleinen Kunststoffe und mehr als 82 % der großen Kunststoffe gereinigt“, sagt Perera.
Perera und Piyasena sammelten Wasser aus dem Rio Grande River und einem Teich auf dem New Mexico Tech Campus, um die Realisierbarkeit der zweistufigen Methode in der Praxis zu demonstrieren.
Sie verwendeten Filter, um große Verunreinigungen aus allen Proben zu entfernen, sodass Wasser mit gelösten Substanzen zurückblieb, die möglicherweise die Trennung beeinträchtigt haben. Das Wasser war dann mit winzigen Plastikpartikeln bedeckt. Kunststoffpartikel wurden aus Umgebungswasserproben mit einem akustischen Gerät entfernt, genau wie aus reinem Wasser. Laut Perera benötigt der Prototyp etwa anderthalb Stunden, um einen Liter Wasser zu reinigen, und kostet im Betrieb etwa 7 Cent pro Stunde.
Der nächste Schritt für die Forscher besteht darin, ein System aus größeren Röhren oder Bündeln aus mehreren Röhren zu bauen und das System an unvermischten realen Proben wie Meerwasser und Waschmaschinenabwasser zu testen. Laut Piyasena „haben wir gezeigt, dass Schalldruck verwendet werden kann, um eine Vielzahl von Mikroplastikgrößen zu verdichten. Als nächstes wollen wir anhand realer Proben, die bereits Mikroplastik enthalten, zeigen, dass dies in größerem Maßstab möglich ist.
Quelle: scitechdaily.com
Günceleme: 29/03/2023 10:54