Genişliği 5 mm’den küçük olan mikroplastik parçacıklar, dünya çapındaki su yollarına yayıldıkça su yaşamına ve insanlara potansiyel zarar veriyor. Araştırmacılar, plastik parçacıkların çoğunu su örneklerinden etkili bir şekilde çıkarmak için çelik borular ve darbeli ses dalgaları kullanan iki aşamalı bir cihaz geliştirdiler. Ekip, sonuçlarını American Chemical Society (ACS) İlkbahar 2023 hibrit toplantısında sunacak.
Renkli plastik parçacıkları, kaynak sularından Kuzey Buz Denizi’ne kadar çoğu su yolunun yüzeyinin altında sürükleniyor. Genişliği 5 mm’den az olan bu zar zor görülebilen mikroplastikler, insanlar kadar suda yaşayan hayvanlar ve bitkiler için de potansiyel olarak zararlıdır. Bu nedenle, araştırmacılar onları ortadan kaldırmanın ve kaynağında durdurmanın yollarını buluyor. Bugün bir ekip, çelik borulardan ve gerçek su örneklerinden plastik parçacıkların çoğunu gideren darbeli ses dalgalarından yapılmış iki aşamalı bir cihaz bildirdi.
Araştırmacılar, sonuçlarını American Chemical’ın bahar toplantısında sunacaklar. Toplum (ACS). ACS Bahar 2023, 26-30 Mart tarihlerinde sanal olarak ve yüz yüze yapılan karma bir toplantıdır ve çok çeşitli bilim konularında 10.000’den fazla sunum içerir.
“Fikir, projenin baş araştırmacısı Ph.D. Menake Piyasena, sudan mikroplastik toplamak için yeni yollara ihtiyacımız olduğunu söyledi. “Akustik kuvvetler parçacıkları birbirine itebildiğinden, bunları sudaki mikroplastikleri bir araya getirmek ve plastiğin çıkarılmasını kolaylaştırmak için kullanıp kullanamayacağımızı merak ettim.”
Filtrasyon, bu malzemeleri sudan çıkarmak için en sık kullanılan tekniktir. Örneğin, çamaşır makinesi çıkış filtreleri, yıkama sırasında giysilerden dökülen liflerin atık suya karışmasını engelleyebilir. Ancak bu yöntem büyük ölçekte maliyetli olabilir ve filtrelerin düzenli olarak temizlenmesini gerektirerek tıkanabilir.
Başka bir seçenek de, enerji aktaran akustik kuvvetler veya ses dalgaları ile akan suda plastik parçacıkları yoğunlaştırmak olabilir. yakındaki parçacıklara, bazılarının titreşmesine ve hareket etmesine neden olur. Yeri sallayan, toz ve kiri birbirine doğru sıçratan yüksek sesli bir müzik çalan bir hoparlörü düşünün. Bilim adamları, kırmızı kan hücrelerini plazmadan ayırmak gibi biyolojik parçacıkları sıvılardan ayırmak için zaten bu olguyu kullanıyorlar.
Son zamanlarda, bazı ekipler bu yaklaşımı, laboratuvarda saf plastiklerle hazırladıkları numunelerden mikroplastiklerin ayrılmasına uyguladılar. su. Ancak bu iş çok az miktarda su ile yapıldı. Ayrıca, Piyasena’nın New Mexico Tech’teki laboratuvarında yüksek lisans öğrencisi olan Nelum Perera, insan saçının genişliğinden daha küçük olan, yalnızca on mikron genişliğinde mikroplastikler kullandıklarını açıklıyor.
“Mikroplastiklerin çoğunun içinde olduğunu okudum. çevre bundan daha büyük,” diyor işi sunan Perera. “Bu nedenle, boyutların çoğu için yararlı olabilecek ve gerçek dünyadaki hedeflere uyacak şekilde büyütülebilecek bir cihaz geliştirmek istedim.”
Perera, daha yüksek su akış hızlarına uyum sağlamak için bir kanıt kanıtı oluşturdu. -bir giriş borusuna ve birden fazla çıkış borusuna bağlı 8 mm genişliğinde çelik borulara sahip konsept cihaz. Sonra metal borunun yan tarafına bir dönüştürücü taktı. Dönüştürücü açıldığında, metal boru boyunca ultrason dalgaları üreterek, sistemden geçerken mikroplastiklere akustik kuvvetler uygulayarak yakalanmalarını kolaylaştırdı. Piyasena, prototip cihazın geleneksel filtreleme yöntemlerine kıyasla nispeten basit olduğunu çünkü bir filtre kadar kolay tıkanmadığını açıklıyor.
Araştırmacılar polistiren, polietilen ve polimetil metakrilat mikroplastiklerle yapılan ilk deneylerde şunu keşfettiler: daha küçük (6 ila 180 µm genişliğinde) parçacıklar, akustik kuvvetlerin mevcudiyetinde daha büyük olanlardan (180 ila 300 µm genişliğinde) farklı davrandı. Saf suya eklenir, her iki boyuttaki parçacıklar kanalın merkezi boyunca düzenlenir, orta çıkıştan çıkarken, temiz su çevredeki çıkışlardan dışarı akar. Ancak suya çamaşır deterjanı veya yumuşatıcı eklenirse, daha büyük parçacıklar yanlara doğru odaklanarak yan çıkışlardan çıkıyor ve arıtılmış su orta çıkıştan çıkıyor.
Araştırmacılar bu sonuçlara dayanarak yola çıktılar. bu farklı hareketlerden yararlanabilecek bir sistem geliştirmek. İki çelik boruyu art arda bağladılar: Birinci aşama, genişliği 180 µm’den küçük küçük mikroplastikleri yakaladı ve kalan daha büyük mikroplastiklerle birlikte su akışı, temizlenmek üzere ikinci aşamaya gitti. Perera, “Bu şekilde küçük plastiklerin %70’inden fazlasını ve büyük plastiklerin %82’sinden fazlasını kaldırdık” diyor.
Perera, iki aşamalı sistemin gerçek dünya uygulamalarında çalışabileceğini göstermek için ve Piyasena, New Mexico Tech kampüsündeki bir göletten ve Rio Grande Nehri’nden su topladı. Büyük kirleticileri çıkarmak için tüm numuneleri filtrelediler ve geride hala ayrışmayı etkileyebilecek çözünmüş maddeler içeren su bıraktılar. Ardından, suya mikroplastikler eklediler. Çevresel su numuneleri akustik cihazdan geçtiğinde, plastik parçacıklar saf su kadar etkili bir şekilde giderildi. Perera, bu prototiple mevcut cihazı bir saat çalıştırmanın yaklaşık 7 sente mal olacağını ve bir litre suyu temizlemenin yaklaşık bir buçuk saat süreceğini tahmin ediyor.
Ekibin bir sonraki adımı bir sistem geliştirmek. daha geniş tüplerle veya birden çok tüp demetleriyle ve okyanus suyu ve çamaşır makinelerinden çıkan atık su dahil olmak üzere çivisiz gerçek dünya numuneleri üzerinde denemek için. Piyasena, “Akustik kuvvetlerin çok çeşitli mikroplastik boyutları konsantre etmek için kullanılabileceğini gösterdik” diyor. “Ve buradan, içinde zaten mikroplastik bulunan gerçek numunelerle bunun daha büyük ölçekte yapılabileceğini kanıtlamak istiyoruz.”
Toplantı: ACS İlkbahar 2023
Başlık
Akustik kuvvetler ve çelik borular kullanılarak çevreyle ilgili mikroplastiklerin çıkarılması
Özet
Her yıl çevreye çok büyük miktarda plastik atık salınmaktadır. Bu plastikler antropojenik ve doğal olarak bozunur ve mikroplastikler (MP’ler) olarak bilinen 5 mm’den daha küçük plastik parçalarına neden olur. Su sistemlerinde biriken MP’lerin yakın seviyeleri, hayvan organlarına geçebilir ve dünyadaki yaşamı tehdit ederek sağlık sorunlarına neden olabilir. Ortamda çok çeşitli boyutlarda MP’ler bulunur. MP’lerin çoğu büyüktür ve farklı yoğunluklara sahip sulu ortamlarda süspanse edilir. Mevcut MP kaldırma yöntemleri, tüm MP boyutlarını ve türlerini aynı anda kaldırmak için etkisizdir ve gerçek zamanlı veya uygun maliyetli değildir. Bu sınırlamaların üstesinden gelmek için farklı yoğunluklara sahip sulu ortamlarda süspanse edilmiş değişen boyutlardaki MP’ler için yeni izolasyon yöntemleri araştırılmalıdır. Akustik kuvvetler, sulu ortamda asılı kalan parçacıkları manipüle etmek için kullanılabilir. Akustik dalgaların yankılanan bir odaya uygulanması, odadan akan parçacıklar üzerinde akustik radyasyon kuvvetleri oluşturur. Bu kuvvetler, parçacıkları akustik dalganın farklı düzlemlerine odaklayabilir. Bu sunumda, değişen yoğunluklara sahip sulu ortamlarda asılı duran çeşitli MP tiplerini ve boyutlarını gidermek için kullanılabilecek çelik borulardan yapılmış akustik cihazların geliştirilmesini tartışacağız. Uygulamalı bir akustik alanda aynı malzemeden ancak farklı boyutlardaki MP’lerin benzersiz davranışını göstereceğiz. Ayrıca orta yoğunluğun partikül odaklama üzerindeki etkisini de göstereceğiz. Son olarak, doğadaki en yaygın üç MP türünü izole etmek üzere bir akustikakışkan ayırma yöntemi tasarlamak için bu bulguları nasıl kullandığımızı tartışacağız.