Импульсы ультразвуковых волн могут избавить океаны от микропластика

Sep 16, 2023

Элизабет Монтальбано | 19 апреля 2023 г.

Микропластик, плавающий в океане и других водоемах, является огромным источником загрязнения в мире, создавая угрозу дикой природе, окружающей среде и даже людям. Теперь исследователи разработали экспериментальное устройство, которое использует пульсирующие звуковые волны для удаления пластиковых частиц в качестве потенциального решения этой глобальной проблемы.

Команда под руководством Менаке Пиясены, доцента Горнодобывающего и технологического института Нью-Мексико, разработала двухступенчатое устройство, состоящее из стальных трубок и пульсирующих звуковых волн, которое продемонстрировало, что оно может удалять крошечные пластиковые частицы шириной менее 5 миллиметров из реальных проб воды. .

Решение — один из многих способов, которыми ученые рассматривают решение растущей проблемы микропластика, который представляет собой тонны пластиковых отходов в океане, которые затем проглатываются животными, а затем и людьми, когда они едят рыбу из моря, а также моют воду. на земле.

Хотя прогнозы о том, сколько микропластика существует сегодня, довольно мрачны (исследование, проведенное Университетом Кюсю в 2021 году, показало, что в верхних слоях мирового океана находится около 24,4 триллионов кусочков микропластика общим весом от 82 000 до 578 000 тонн), ученые предсказывают его воздействие на окружающая среда и даже здоровье человека могут быть ухудшены, если нынешние решения проблемы будут широко применяться.

Команда Пиясены надеется использовать свое изобретение для решения этой проблемы. Идея использования ультразвуковых волн для сбора микропластика возникла в результате обсуждения главного исследователя проекта с коллегой о том, как решить проблему удаления этого пластика из воды, сказал он.

«Поскольку акустические силы могут сталкивать частицы вместе, я задался вопросом, можем ли мы использовать их для агрегирования микропластика в воде, чтобы облегчить удаление пластика», — сказал он.

Как оказалось, ученые могли бы использовать звуковые волны для передачи энергии частицам, чтобы они вибрировали, двигались, а затем собирались вместе для облегчения сбора, обнаружили исследователи. Действительно, ученые уже применили эту концепцию — аналогично тому, как громкоговорители, играющие громкую музыку, могут сотрясать землю — к другим процессам, например, к отделению биологических частиц, таких как эритроциты, от жидкостей, таких как плазма.

Первоначально команда Технологического института Нью-Мексико проверила свою теорию, отделив микропластик шириной в десятки микрон (что меньше ширины человеческого волоса) из образцов, которые они подготовили в лаборатории с крошечными объемами чистой воды.

Однако, зная, что микропластика в окружающей среде больше, команда Пиясены, включая Нелума Переру, аспиранта его лаборатории, решила создать устройство, которое можно было бы использовать с большинством существующих размеров микропластика, а также можно было бы масштабируется для реального использования, сказала она.

Чтобы обеспечить более высокие скорости потока воды, Перера создал экспериментальное устройство со стальными трубками шириной 8 мм, соединенными с одной впускной трубкой и несколькими выпускными трубками, а затем прикрепил датчик к боковой части металлической трубки. Этот преобразователь при включении генерирует ультразвуковые волны через металлическую трубку, которая воздействует акустическими силами на микропластик, когда он проходит через систему. В результате звуковые волны облегчают захват частиц.

По словам исследователей, прототип устройства относительно прост по сравнению с традиционными методами фильтрации, которые в настоящее время являются наиболее распространенным способом сбора микропластика. Это потому, что он не засоряется так легко, как решения на основе фильтров, говорят они.

Исследователи протестировали это устройство с микропластиком из полистирола, полиэтилена и полиметилметакрилата, наблюдая разницу в поведении между более мелкими (шириной от 6 до 180 мкм) и более крупными (шириной от 180 до 300 мкм) частицами.

В ходе испытаний системы частицы обоих размеров располагались вдоль центра канала и выходили через среднее отверстие, а чистая вода вытекала из окружающих отверстий. Однако если исследователи добавили в воду стиральный порошок или кондиционер для белья, более крупные частицы изменили свое поведение. Они собирались по бокам, выходили через боковые выходы и очищали воду через средний выход.