Šarene čestice plastike lebde ispod površine većine vodenih puteva, od potoka do Arktičkog okeana. Ova jedva vidljiva mikroplastika – širine manje od 5 mm – potencijalno je štetna za vodene životinje i biljke, kao i za ljude. Dakle, istraživači smišljaju načine da ih uklone i zaustave na njihovom izvoru. Danas, tim izveštava o dvostepenom uređaju napravljenom od čeličnih cevi i pulsirajućih zvučnih talasa koji uklanja većinu plastičnih čestica iz pravih uzoraka vode.
Istraživači će svoje rezultate predstaviti na prolećnom sastanku Američkog hemijskog društva (ACS). ACS proleće 2023. je hibridni sastanak koji se održava virtuelno i lično od 26. do 30. marta.
„Ideja je potekla iz diskusije sa kolegom koji je rekao da su nam potrebni novi načini za prikupljanje mikroplastike iz vode“, kaže Menake Pijasena, dr Menake Pijasena, glavni istraživač projekta. „Pošto akustične sile mogu da gurnu čestice zajedno, pitao sam se da li bismo mogli da ih koristimo za agregiranje mikroplastike u vodi, što olakšava uklanjanje plastike.“
Filtracija je najčešće korišćena tehnika za uklanjanje ovih materijala iz vode. Na primer, izlazni filteri mašine za pranje veša mogu sprečiti da vlakna koja se odvajaju sa odeće tokom pranja ne uđu u otpadnu vodu. Ali ova metoda može biti skupa u velikim razmerama, zahtevajući redovno čišćenje filtera, koji se mogu začepiti.
Druga opcija bi mogla biti koncentrisanje plastičnih čestica u tekućoj vodi sa akustičnim silama, ili zvučnim talasima, koji prenose energiju na čestice u blizini, uzrokujući da neke od njih vibriraju i pomeraju se. Zamislite samo zvučnik koji pušta glasnu muziku koja trese tlo, odbijajući mrlje prašine i prljavštine jedno prema drugom. Naučnici su već koristili ovaj fenomen da odvoje biološke čestice od tečnosti, kao što su crvena krvna zrnca od plazme.
Nedavno su neki timovi primenili ovaj pristup na odvajanje mikroplastike od uzoraka koje su pripremili u laboratoriji sa čistom vodom. Ali ovaj posao je obavljen sa malim količinama vode. Takođe su koristili mikroplastiku koja je bila široka samo desetine mikrona – manja od širine ljudske kose, objašnjava Nelum Perera, diplomirani student u Pijaseninoj laboratoriji na Nev Mekico Tech-u.
„Pročitao sam da je većina mikroplastike u okruženju veća od toga“, kaže Perera, koji predstavlja rad. „Dakle, želeo sam da razvijem uređaj koji bi mogao da bude koristan za većinu veličina i koji bi mogao da se poveća da ispuni ciljeve u stvarnom svetu.
Da bi se prilagodio većim brzinama protoka vode, Perera je kreirao uređaj sa dokazom koncepta sa čeličnim cevima širine 8 mm spojenim na jednu ulaznu cev i više izlaznih cevi. Zatim je pričvrstila sondu na stranu metalne cevi. Kada je pretvarač bio uključen, generisao je ultrazvučne talase preko metalne cevi, primenjujući akustične sile na mikroplastiku dok je prolazila kroz sistem, što je činilo lakšim za hvatanje. Prototip uređaja je relativno jednostavan u poređenju sa tradicionalnim metodama filtracije, objašnjava Piiasena, jer se ne začepljuje tako lako kao filter.
U početnim eksperimentima sa mikroplastikom od polistirena, polietilena i polimetil metakrilata, istraživači su otkrili da se manje čestice (širine od 6 do 180 µm) ponašaju drugačije od većih (širine od 180 do 300 µm) u prisustvu akustičnih sila. . Ubačene u čistu vodu, čestice obe veličine raspoređene su duž centra kanala, izlazeći kroz srednji ispust, dok je čista voda isticala iz okolnih ispusta. Ali ako se u vodu doda deterdžent za veš ili omekšivač, veće čestice su se fokusirale prema stranama, izlazeći kroz bočne otvore, a prečišćenu vodu iz srednjeg izlaza.
Na osnovu ovih rezultata, istraživači su odlučili da razviju sistem koji bi mogao da iskoristi prednosti ovih različitih pokreta. Povezali su dve čelične cevi u tandemu: prva faza je uhvatila malu mikroplastiku širine manje od 180 µm, a mlaz vode sa preostalom većom mikroplastikom otišao je u drugu fazu da se očisti. „Na ovaj način smo uklonili više od 70% male plastike i više od 82% velikih“, kaže Perera.
Da bi pokazali da dvostepeni sistem može da funkcioniše za primene u stvarnom svetu, Perera i Pijasena su sakupljali vodu iz jezera u kampusu Nev Mekico Tech i iz reke Rio Grande. Filtrirali su sve uzorke kako bi uklonili velike zagađivače, ostavljajući za sobom vodu koja je još uvek sadržavala rastvorene supstance koje su mogle uticati na odvajanje. Zatim su vodu zalili mikroplastikom. Kada su uzorci vode iz životne sredine prošli kroz akustički uređaj, plastične čestice su uklonjene jednako efikasno kao i iz čiste vode. Sa ovim prototipom, Perera procenjuje da bi koštalo oko 7 centi da se sadašnji uređaj koristi sat vremena i oko sat i po za čišćenje jednog litra vode.
Sledeći korak tima je da razvije sistem sa širim cevima ili snopovima više cevi i da ga isproba na uzorcima iz stvarnog sveta bez šiljaka, uključujući okeansku vodu i otpadnu vodu iz mašina za pranje veša. „Pokazali smo da se akustične sile mogu koristiti za koncentrisanje širokog spektra mikroplastičnih veličina“, kaže Piiasena. „I odavde želimo da dokažemo da se to može uraditi u većem obimu sa stvarnim uzorcima koji već imaju mikroplastiku u sebi.
