Главная » Все новости » Новое исследование показывает, как путешествует пластик
Новое исследование показывает, как путешествует пластик
Новое исследование показывает, как путешествует пластик

Новое исследование показывает, как путешествует пластик

Загрязнение пластиком сегодня повсеместно: микропластиковые частицы из одноразовых товаров встречаются в естественной среде по всему миру, включая Антарктиду. Но как эти частицы перемещаются и накапливаются в окружающей среде, плохо изучено. Теперь исследование Принстонского университета выявило механизм, с помощью которого микропластики, такие как пенополистирол, и твердые загрязнители переносятся на большие расстояния через почву и другие пористые среды, что имеет значение для предотвращения распространения и накопления загрязнителей в источниках пищи и воды.

Исследование, опубликованное в Science Advances 13 ноября, показывает, что частицы микропластика застревают при прохождении через пористые материалы, такие как почва и отложения, но позже вырываются на свободу и часто продолжают двигаться значительно дальше. По словам Суджита Датта, доцента кафедры химической и биологической инженерии и ассоциированного факультета Центра энергетики и окружающей среды Андлингера, Института окружающей среды Хай-Мидоуз и Принстонского института, определение этого процесса остановки и возобновления и условий, которые его контролируют, является новым для науки и технологии материалов. Ранее исследователи думали, что, когда микрочастицы застревают, они обычно остаются там, что ограничивало понимание распространения частиц.

Датта возглавлял исследовательскую группу, которая обнаружила, что микрочастицы высвобождаются, когда скорость жидкости, протекающей через среду, остается достаточно высокой. Исследователи из Принстона показали, что процесс осаждения, или образования засоров, и эрозии, их разрушения, носит циклический характер; образуются засорения, которые затем разрушаются давлением жидкости с течением времени и на расстоянии, перемещая частицы дальше через поровое пространство, пока засоры не образуются.

«Мы не только обнаружили эту крутую динамику, когда частицы застревают, забиваются, накапливают отложения и затем проталкиваются, но и этот процесс позволяет частицам распространяться на гораздо большие расстояния, чем мы думали ранее», — сказал Датта.

В команду входили Навид Бизмарк, научный сотрудник Принстонского института науки и технологии материалов, аспирант Джоанна Шнайдер и Родни Пристли, профессор химической и биологической инженерии и заместитель декана по инновациям.

Они протестировали два типа частиц: «липкие» и «нелипкие», которые соответствуют реальным типам микропластиков, встречающихся в окружающей среде. К удивлению, они обнаружили, что не было никакой разницы в самом процессе; то есть и то, и другое могло как забиваться, так и не забиваться при достаточно высоком давлении жидкости. Единственная разница заключалась в том, где формировались кластеры. «Нелипкие» частицы имели тенденцию застревать только в узких проходах, тогда как липкие, казалось, могли застрять на любой поверхности твердой среды, с которой они сталкивались. В результате этой динамики стало ясно, что даже «липкие» частицы могут распространяться по большим площадям и сотням пор.

В статье исследователи описывают прокачку флуоресцентных микрочастиц полистирола и жидкости через прозрачную пористую среду, разработанную в лаборатории Датты, а затем наблюдение за движением микрочастиц под микроскопом. Полистирол — это пластиковые микрочастицы, из которых состоит пенополистирол, который часто попадает в почву и водные пути через транспортировочные материалы и контейнеры для фаст-фуда. Созданные ими пористые среды точно имитируют структуру природных сред, включая почвы, отложения и подземные водоносные горизонты.

Обычно пористые среды непрозрачны, поэтому нельзя увидеть, что делают микрочастицы и как они текут. Создав прозрачную пористую среду, исследователи преодолели это ограничение.

«Датта и его коллеги открыли черный ящик», — сказал Филипп Куссо, профессор Ecole des Ponts Paris Tech и эксперт по реологии, не имеющий отношения к исследованию.

«Мы придумали хитрости, чтобы сделать среду прозрачной. Затем, используя флуоресцентные микрочастицы, мы можем наблюдать за их динамикой в реальном времени с помощью микроскопа», — сказал Датта. «Приятно то, что мы действительно можем видеть, что делают отдельные частицы в разных экспериментальных условиях».

Исследование, которое Куссо назвал «замечательным экспериментальным подходом», показало, что, хотя микрочастицы пенополистирола действительно застревали в точках, в конечном итоге они были вытолкнуты и перемещались по всей длине среды во время эксперимента.

Конечная цель — использовать эти наблюдения за частицами для улучшения параметров крупномасштабных моделей для прогнозирования количества и местоположения загрязнения. Модели будут основаны на различных типах пористой среды и различных размерах и химическом составе частиц и помогут более точно предсказать загрязнение при различных условиях орошения, дождя или окружающего потока. Исследование может помочь математическим моделям лучше понять вероятность того, что частица переместится на определенное расстояние и достигнет уязвимого места назначения, такого как близлежащие сельскохозяйственные угодья, река или водоносный горизонт. Исследователи также изучили, как отложение микропластических частиц влияет на проницаемость среды, в том числе насколько легко вода для орошения может протекать через почву при наличии микрочастиц.

Датта сказал, что этот эксперимент — вершина айсберга с точки зрения частиц и приложений, которые теперь могут изучать исследователи. «Теперь, когда мы обнаружили нечто столь удивительное в такой простой системе, мы взволнованы, чтобы увидеть, каковы будут последствия для более сложных систем», — сказал Датта.

Он сказал, например, что этот принцип может дать представление о том, как глины, минералы, зерна, кварц, вирусы, микробы и другие частицы перемещаются в средах со сложным химическим составом поверхности.

Эти знания также помогут исследователям понять, как использовать искусственно созданные наночастицы для восстановления загрязненных водоносных горизонтов подземных вод, возможно, вытекших из производственного предприятия, фермы или городского потока сточных вод.

Помимо восстановления окружающей среды, полученные результаты применимы к процессам во всем спектре отраслей, от доставки лекарств до механизмов фильтрации, фактически к любым средам, в которых текут и накапливаются частицы, сказал Датта.

Загрязнение пластиком сегодня повсеместно: микропластиковые частицы из одноразовых товаров встречаются в естественной среде по всему миру, включая Антарктиду. Но как эти частицы перемещаются и накапливаются в окружающей среде, плохо изучено. Теперь исследование Принстонского университета выявило механизм, с помощью которого микропластики, такие как пенополистирол, и твердые загрязнители переносятся на большие расстояния через почву и другие пористые среды, что имеет значение для предотвращения распространения и накопления загрязнителей в источниках пищи и воды.

Понравилась запись? Поделись с другом!!!