Washington State University-forskare har visat de grundläggande mekanismerna som gör att små bitar av plastpåsar och skumförpackningar i nanoskala kan röra sig genom miljön.

Forskarna fann att en kiseldioxidyta som sand har liten effekt på att bromsa plastens rörelse, men att naturligt organiskt material som härrör från nedbrytning av växt- och djurrester kan antingen tillfälligt eller permanent fånga plastpartiklarna i nanoskala, beroende på typ av plast.

Arbetet, publiceras i tidskriften Vattenforskning , kan hjälpa forskare att utveckla bättre sätt att filtrera bort och rensa upp genomträngande plast från miljön. Forskarna inkluderar Indranil Chowdhury, biträdande professor vid WSU:s institution för civil- och miljöteknik, tillsammans med Mehnaz Shams och Iftaykhairul Alam, nyutexaminerade från civilingenjörsprogrammet.

"Vi tittar på att utveckla ett filter som kan vara mer effektivt för att ta bort dessa plaster, ", sa Chowdhury. "Folk har sett dessa plaster fly in i vårt dricksvatten, och vårt nuvarande dricksvattensystem är inte tillräckligt för att ta bort dessa mikro- och nanoplaster. Detta arbete är det första grundläggande sättet att se på dessa mekanismer."

Sedan 1950-talet, plast har egenskaper som gör dem användbara för det moderna samhället. De är vattentåliga, billig, lätt att tillverka och användbar för en mängd olika ändamål. Dock, Ansamling av plast blir ett växande problem runt om i världen med gigantiska fläckar av plastavfall som flyter i haven och plastavfall som dyker upp i de mest avlägsna områdena i världen.

"Plast är en fantastisk uppfinning och så lätt att använda, men de är så långlivade i miljön, " sa Chowdhury.

Efter att de har använts, plast bryts ned genom kemikalier, mekaniska och biologiska processer till mikro- och sedan nanostora partiklar som är mindre än 100 nanometer stora. Trots att de avlägsnats i vissa avloppsreningsverk, stora mängder mikro- och nanoskala plast hamnar fortfarande i miljön. Mer än 90 % av kranvattnet i USA innehåller plast i nanoskala, Chowdhury sa, och en studie från 2019 visade att människor äter cirka fem gram plast i veckan eller mängden plast på ett kreditkort. Hälsoeffekterna av sådana miljöföroreningar är inte välkända.

"Vi känner inte till hälsoeffekterna, och toxiciteten är fortfarande okänd, men vi fortsätter att dricka dessa plaster varje dag, sa Chowdhury.

Som en del av den nya studien, forskarna studerade växelverkan med miljön för de minsta partiklarna av de två vanligaste plasttyperna, polyeten och polystyren, för att lära sig vad som kan hindra deras rörelse. Polyeten används i plastpåsar, mjölkkartonger och livsmedelsförpackningar, medan polystyren är en skumplast som används i skumdricksbägare och förpackningsmaterial.

I sitt arbete, forskarna fann att polyetenpartiklarna från plastpåsar lätt rör sig genom miljön – oavsett om det sker genom en kiselyta som sand eller naturligt organiskt material. Sand och plastpartiklar stöter bort varandra på samma sätt som en magnets liknande poler, så att plasten inte fastnar på sandpartiklarna. Plastpartiklarna glom på naturligt organiskt material som är allestädes närvarande i naturlig vattenmiljö men bara tillfälligt. De kan lätt tvättas bort med en förändring i kemi i vattnet.

"Det är dåliga nyheter för polyeten i miljön, " sa Chowdhury. "Den fastnar inte så mycket på kiselytan och om den fastnar på den naturliga ytan av organiska ämnen, den kan återmobiliseras. Baserat på dessa fynd, det indikerar att nanoskala polyetenplaster kan läcka ut från våra dricksvattenbehandlingsprocesser, särskilt filtrering."

När det gäller polystyrenpartiklar, forskarna hittade bättre nyheter. Även om en kiselyta inte kunde stoppa sin rörelse, organiskt material gjorde det. När polystyrenpartiklarna väl fastnat på det organiska materialet, de stannade på plats.

Forskarna hoppas att forskningen så småningom kommer att hjälpa dem att utveckla filtreringssystem för vattenreningsanläggningar för att ta bort partiklar i nanoskala av plast.