Mikroplaster utgör ett stort hot mot människors hälsa. Dessa små plastskräp kan komma in i våra kroppar genom vattnet vi dricker och ökar risken för sjukdomar. De är också en miljöfara; De finns även i avlägsna områden som polarisar och djupgravar i havet och äventyrar vattenlevande och landlevande livsformer.
För att bekämpa denna framväxande förorening har forskare vid Indian Institute of Science (IISc) designat en hållbar hydrogel för att ta bort mikroplast från vatten. Materialet har ett unikt sammanflätat polymernätverk som kan binda föroreningarna och bryta ner dem med UV-ljusstrålning. Forskningen är publicerad i tidskriften Nanoscale .
Forskare har tidigare försökt använda filtermembran för att ta bort mikroplaster. Emellertid kan membranen bli igensatta av dessa små partiklar, vilket gör dem ohållbara. Istället beslutade IISc-teamet under ledning av Suryasarathi Bose, professor vid institutionen för materialteknik, att vända sig till 3D-hydrogeler.
Den nya hydrogelen som utvecklats av teamet består av tre olika polymerlager - kitosan, polyvinylalkohol och polyanilin - sammanflätade, vilket skapar en Interpenetrating Polymer Network (IPN) arkitektur. Teamet infunderade denna matris med nanokluster av ett material som kallas kopparersättningspolyoxometalat (Cu-POM).
Dessa nanokluster är katalysatorer som kan använda UV-ljus för att bryta ner mikroplasterna. Kombinationen av polymererna och nanoklustren resulterade i en stark hydrogel med förmåga att adsorbera och bryta ned stora mängder mikroplast.
De flesta mikroplaster är en produkt av ofullständig nedbrytning av hushållsplaster och fibrer. För att efterlikna detta i labbet krossade teamet lock för matbehållare och andra plastprodukter som används dagligen för att skapa två av de vanligaste mikroplasterna som finns i naturen:polyvinylklorid och polypropen.
"Tillsammans med behandling eller avlägsnande av mikroplaster är ett annat stort problem upptäckt. Eftersom dessa är mycket små partiklar kan du inte se dem med blotta ögat", förklarar Soumi Dutta, första författare till studien och SERB National Post-Doctoral Fellow vid Institutionen för materialteknik.
För att lösa detta problem lade forskarna till ett fluorescerande färgämne till mikroplasterna för att spåra hur mycket som adsorberades och bröts ned av hydrogelen under olika förhållanden. "Vi kontrollerade avlägsnandet av mikroplaster vid olika pH-nivåer av vatten, olika temperaturer och olika koncentrationer av mikroplast", förklarar Dutta.
Hydrogelen visade sig vara mycket effektiv – den kunde ta bort cirka 95 % och 93 % av de två olika typerna av mikroplaster i vatten vid nästan neutralt pH (~6,5). Teamet genomförde också flera experiment för att testa hur hållbart och starkt materialet var. De fann att kombinationen av de tre polymererna gjorde den stabil under olika temperaturer.
"Vi ville göra ett material som är mer hållbart och kan användas upprepade gånger", förklarar Bose. Hydrogelen kunde hålla i upp till fem cykler av mikroplastborttagning utan betydande förlust av effektivitet. Dessutom, påpekar Bose, är att när den har överlevt sin användning kan hydrogelen återanvändas till kolnanomaterial som kan ta bort tungmetaller som sexvärt krom från förorenat vatten.
Framöver planerar forskarna att arbeta med medarbetare för att utveckla en enhet som kan användas i stor skala för att hjälpa till att rensa upp mikroplaster från olika vattenkällor.
Mer information: Soumi Dutta et al, Polyoxometalate nanocluster-infunderade trippel IPN-hydrogeler för utmärkt avlägsnande av mikroplast från förorenat vatten:detektering, fotonedbrytning och upcycling, nanoskala (2024). DOI:10.1039/D3NR06115A
Journalinformation: Nanoskala
Tillhandahålls av Indian Institute of Science
