Plastföroreningar är en akut miljöfråga, och forskare från University of Kentucky Martin-Gatton College of Agriculture, Food and Environment leder arbetet med en innovativ lösning.

Högskolans Department of Biosystems and Agricultural Engineering (BAE) samarbetade med UK Department of Chemical and Materials Engineering för att ta itu med de små, ofta osynliga, plastpartiklar som nu finns i världshaven.

Deras forskning, publicerad i Scientific Reports , fokuserar på en spännande lösning:att använda naturliga djupa eutektiska lösningsmedel (NADES) för att fånga och ta bort dessa miniatyrpartiklar från vatten.

"Utmaningen med mikro- och nanoplast i vår miljö har fått intensiv uppmärksamhet nyligen", säger BAE docent Jian Shi. "Dessa små partiklar, ofta osynliga för blotta ögat, är resterna av större plastbitar som bryts ner av solljus och fysisk stress. Deras storlek gör dem notoriskt svåra att ta bort med konventionella metoder som centrifugering eller filtrering, som antingen är ineffektiva eller för kostsamma. ."

Plast är ett hållbart, billigt material, vilket gör det till en stapelvara i det dagliga livet. Men dess styrka är också dess miljömässiga undergång.

Plast bryts inte ned så lätt, vilket leder till enorma högar av avfall. Med tiden bryts dessa plaster i mindre fragment. De minsta, nanoplasterna, är så små att de inte kan ses utan ett mikroskop. Deras storlek gör dem till en betydande fara, eftersom de kan intas av marint liv och komma in i den mänskliga näringskedjan.

"Tänk på NADES som en sorts "magnet" som specifikt attraherar och håller fast vid dessa små plastbitar, säger Czarena Crofcheck, BAE-professor och studiemedförfattare. "I grund och botten blandas NADES med vattnet och "håller sig" till plasten och drar upp dem ur vattnet."

Molekylerna i NADES kan bilda bindningar med molekylerna i plasten, lite som hur kardborreband fungerar:ena sidan fastnar på den andra. Denna egenskap gör NADES särskilt bra på att ta tag i och hålla fast dessa plastpartiklar.

NADES är också unika eftersom de är effektiva och miljövänliga. De är gjorda av naturliga material, vilket innebär att de inte tillför mer föroreningar till miljön samtidigt som de städar upp de befintliga.

"Vårt tillvägagångssätt introducerar konceptet med djupa eutektiska lösningsmedel, som är unika i sin sammansättning och beteende," sa Shi. "Från naturliga källor som växter och kokosnötter, omvandlas dessa lösningsmedel från fast till flytande när de blandas, vilket skapar ett effektivt medium för att extrahera dessa små plastpartiklar från vatten."

Forskarna fokuserade på polyetylentereftalat (PET) som det som finns i plastflaskor, polystyren (PS) som används för material som förpackningar av jordnötter och polymjölksyra (PLA) som används för plastfilmer och matbehållare. Med hjälp av datorsimuleringar kunde de se hur dessa interaktioner fungerar i liten skala.

Deras experiment visade att vissa NADES är särskilt bra på att utvinna dessa typer av plast ur vatten. Denna upptäckt var avgörande och erbjöd ett målinriktat tillvägagångssätt för att ta bort plast.

Forskningen presenterar ett nytt, effektivt sätt att rena vatten från mikro- och nanoplast. Dessutom ger det en väg att återvinna dessa plaster, vilket resulterar i betydande miljöfördelar.

"Föreställ dig att kunna minska vårt övergripande miljöavtryck," sa Crofcheck. "Med bidrag från kemiteknik för molekylära simuleringar har vi kunnat fördjupa vår förståelse för varför dessa lösningsmedel är mer effektiva för att dra plast ur vattnet. Denna teoretiska förståelse är avgörande för att främja praktiska tillämpningar och framtida forskning."

Medan forskningen fortfarande är i utvecklingsstadiet är teamet optimistiskt om dess potentiella tillämpningar.

"Vårt nästa steg är att testa dessa lösningsmedel i större skala och i olika miljöförhållanden," sa Shi. "Vi tror att NADES kan vara en spelomvandlare i vår kamp mot plastföroreningar."

Mer information: Jameson R. Hunter et al, Grönt lösningsmedelsmedierad extraktion av mikro- och nanoplastpartiklar från vatten, Scientific Reports (2023). DOI:10.1038/s41598-023-37490-6

Journalinformation: Vetenskapliga rapporter

Tillhandahålls av University of Kentucky