Nanoplastics produceren onverwachts reactieve oxiderende soorten wanneer ze worden blootgesteld aan licht

Kunststoffen zijn alomtegenwoordig in onze samenleving, worden aangetroffen in verpakkingen en flessen en vormen meer dan 18% van het vaste afval op stortplaatsen. Veel van deze kunststoffen komen ook terecht in de oceanen, waar het tot honderden jaren duurt voordat ze uiteenvallen in stukjes die schadelijk kunnen zijn voor dieren in het wild en het aquatische ecosysteem.

Een team van onderzoekers, geleid door Young-Shin Jun, hoogleraar energie, milieu en chemische technologie aan de McKelvey School of Engineering aan de Washington University in St. Louis, analyseerde hoe licht polystyreen afbreekt, een niet-biologisch afbreekbaar plastic waaruit pinda’s, dvd’s worden verpakt. koffers en wegwerpbestek worden gemaakt. Bovendien ontdekten ze dat nanoplastic deeltjes een actieve rol kunnen spelen in milieusystemen. Met name bij blootstelling aan licht vergemakkelijkten de nanoplastics afgeleid van polystyreen onverwachts de oxidatie van waterige mangaanionen en de vorming van mangaanoxide vaste stoffen die het lot en het transport van organische verontreinigingen in natuurlijke en technische watersystemen kunnen beïnvloeden.

Het onderzoek, gepubliceerd in ACS Nano op 27 december 2022, liet zien hoe de fotochemische reactie van nanoplastics door lichtabsorptie peroxyl- en superoxideradicalen genereert op nanoplastic oppervlakken en de oxidatie van mangaan tot mangaanoxide vaste stoffen initieert.

“Naarmate meer plastic afval zich ophoopt in de natuurlijke omgeving, zijn er toenemende zorgen over de nadelige effecten ervan”, zegt Jun, die het Environmental Nanochemistry Laboratory leidt. “In de meeste gevallen waren we echter bezorgd over de rol van de fysieke aanwezigheid van nanoplastics in plaats van hun actieve rol als reactanten. We ontdekten dat zulke kleine plastic deeltjes die gemakkelijker kunnen interageren met naburige stoffen, zoals zware metalen en organische verontreinigingen en kan reactiever zijn dan we eerder dachten.”

Jun en haar voormalige student, Zhenwei Gao, die in 2022 een doctoraat in milieutechniek behaalde aan WashU en nu een postdoctoraal onderzoeker is aan de Universiteit van Chicago, toonden experimenteel aan dat de verschillende oppervlaktefunctionele groepen op polystyreen nanoplastics de mangaanoxidatiesnelheid beïnvloedden door de vorming van de zeer reactieve radicalen, peroxyl- en superoxideradicalen. De productie van deze reactieve zuurstofsoorten uit nanoplastics kan het leven in zee en de menselijke gezondheid in gevaar brengen en kan mogelijk de mobiliteit van de nanoplastics in het milieu beïnvloeden via redoxreacties, die op hun beurt een negatieve invloed kunnen hebben op hun milieuherstel.

Het team keek ook naar de grootte-effecten van polystyreen nanoplastics op mangaanoxidatie, met behulp van deeltjes van 30 nanometer, 100 nanometer en 500 nanometer. De twee grotere nanodeeltjes hadden meer tijd nodig om mangaan te oxideren dan de kleinere deeltjes. Uiteindelijk zullen de nanoplastics worden omringd door nieuw gevormde mangaanoxidevezels, waardoor ze gemakkelijk kunnen worden geaggregeerd en hun reactiviteiten en transport kunnen veranderen.

“De kleinere deeltjesgrootte van de polystyreen nanoplastics kan gemakkelijker ontbinden en organisch materiaal vrijgeven vanwege hun grotere oppervlak,” zei Jun. “Dit opgeloste organische materiaal kan in licht snel reactieve zuurstofsoorten produceren en mangaanoxidatie vergemakkelijken.”

“Dit experimentele werk biedt ook nuttige inzichten in de heterogene nucleatie en groei van mangaanoxide-vaste stoffen op dergelijke organische substraten, wat ons begrip van mangaanoxide-voorvallen in het milieu en de synthese van technische materialen ten goede komt, ” zei Jun. “Deze mangaan-vaste stoffen zijn uitstekende aaseters van redox-actieve soorten en zware metalen, die de redox-cycli van geochemische elementen, koolstofmineralisatie en biologische metabolismes in de natuur verder beïnvloeden.”

Het team van Jun is van plan om de afbraak te bestuderen van diverse veel voorkomende plastic bronnen die nanoplastics en reactieve oxiderende soorten kunnen vrijgeven en om hun actieve rol in de oxidatie van overgangs- en zware metaalionen in de toekomst te onderzoeken.