Mikroplaster har fått mycket uppmärksamhet den senaste tiden på grund av sin svårighet att ta bort från miljön. Silar och filtrering är för närvarande det dominerande sättet att fånga upp mikroplast i vatten. Dock, detta är opraktiskt eftersom filter täpps till lätt och regelbundet måste rengöras eller bytas ut. En annan fråga är att det har varit omöjligt att samla in något mindre än 0,3 mm, storleken på nätplanktonnätets pordiameter. Detta är olyckligt eftersom majoriteten av mikroplaster som orsakar förödelse är mindre än så, med okända effekter på eko- och biosystemen.

En lovande ny metod för att samla in sådan mikroplast har tagits fram med hjälp av akustik för att samla dem i vatten. En bulk akustisk våg (BAW) enhet designades och tillverkades som kanaliserar mikroplast, samla dem i den mellersta kanalen medan vatten rinner ut de två sidokanalerna. Idén till denna studie kom till när professor Hiroshi Moriwaki, specialiserad på miljöanalys vid fakulteten för textilvetenskap och teknik frågade docent Yoshitake Akiyama, första författaren till studien om det fanns ett sätt att tackla mikroplast i vatten ur teknisk synvinkel.

Forskarna fokuserade på det faktum att en av de största källorna till mikroplast i våra hav kommer från tvättmaskiner. En typisk tvättmaskin släpper ut cirka tio tusen fibrer per en 100 liters tvättcykel. Många av våra kläder är gjorda av kemiska fibrer, och små bitar av mikroplastfibrer bryts av i tvättmaskinen. Avloppsreningsverk kan för närvarande inte fånga upp mikroplast.

Forskarna bestämde sig för att skapa en enhet som samlar in mikroplaster och mikroplastfibrer genom piezovibrationer. Genom att använda akustik med en kraft och amplitud som är lämpliga för längden, mikroplastens diameter och kompressibilitet, skräp samlas i mitten av en trekanalsenhet. De två kanalerna på sidan driver ut rent vatten medan mikroplastfibrerna samlas i mitten, har varit akustiskt fokuserad med hjälp av piezoelementet för att skapa den akustiska stående vågen. Olika typer av mikroplaster har olika typer av densiteter, bulkmodul och kompressibilitet vilket ger en annan akustisk kontrastfaktor (ACF). Genom att välja bredden på mikrokanalen till hälften av våglängden i vatten, partiklarna induceras att samlas i mitten av röret. Det tog cirka 0,7 sekunder för partiklarna att fokuseras på detta sätt.

Forskarna stötte på problem när de förberedde mikroplast för experimentet:Det var svårt att skapa mikroplaster av lämplig storlek. Först försökte de att använda en mixer för att hacka upp fibrerna till samma längd men plastfibrerna skar sig inte. Genom att fråga kollegor på textilavdelningen, forskarna upptäckte Kanehara Pile-tillverkaren som vänligen försåg dem med material som var nödvändigt för forskning.

För experimentet, en formel togs fram för att beräkna den bästa akustiska fokuseringen för att rikta in sig på mikroplastfibrer Nylon 6, SÄLLSKAPSDJUR, och polystyrenmikropartiklar. Insamlingsfrekvensen var mycket hög, 95 % för PET och 99 % för Nylon 6 när man inte räknar med minimalt med partiklar som fastnat på väggarna. Den hydrodynamiska kraften riktar in fibrerna så att BAW-enheten undviker igensättning. Partiklarna spårades med hjälp av programvara för rörelseanalys. För framtida förbättringar, ytan på mikrokanalerna skulle kunna produceras genom att använda metoder för att minimera grovhet och motverka vidhäftning.

Förfining som behövs för tillämpningar i den verkliga världen och skalbarhet involverar användningen av flera kanaler i serie och parallell med olika diametrar och kraft för att fånga alla typer av mikroplaster. Genom att lägga till flera kanaler (7 tredelade, vilket betyder 3 till 7) 100 liter tvättvatten kan utan ansträngning koncentreras till 50 ml, vilket skulle göra det lätt att slänga eller bränna. Studien använde koncentrationer av mikroplastfibrer av det maximala förväntade i verkliga tillämpningar. Nuvarande begränsningar för implementeringar är att dräneringsprocessen skulle ta lång tid.

Med denna studie, PS-pärlor 15 μm i diameter fångades, och i teorin, den minsta storleken på PS-pärlor som kan fångas av denna BAW-enhet är 4,3 μm. Mindre pärlor kan fångas med modifieringar av BAW-enheten. De flesta mikroplaster i avloppsvatten har en diameter på 10 μm och en längd på 2 till 200 μm. BAW-enheten kan framgångsrikt fånga sådana mikroplaster. Ytterligare utvecklingar inom akustofluidik behövs för att fånga nanoplaster som är mindre än 100 nm i diameter.