We hebben getest of een gespecialiseerd magnetisch poeder microplastics uit drinkwater kan verwijderen: het antwoord is ja

Microplastics zijn de kruimels van onze plasticwereld, kleine stukjes die afkomstig zijn van grotere voorwerpen die uiteenvallen of van producten zoals synthetische kleding en verpakkingen. Ze zijn nu overal. Wetenschappers schatting Er drijven ongeveer 51 biljoen van deze deeltjes in de oppervlaktewateren van de wereld, en er zijn zelfs lage concentraties aangetroffen in Zuid-Afrikaans leidingwater.

Dat is zorgwekkend omdat deze deeltjes chemicaliën en slechte bacteriën kunnen vervoeren, opgegeten kunnen worden door vissen en andere dieren in het wild, en in onze oceanen terecht kunnen komen. lichamen.

Wij zijn waterwetenschappers die zoeken naar manieren om dit probleem op te lossen. In een recente studiehebben we een praktische oplossing getest: twee ‘magnetische reinigingspoeders’ die zich kunnen hechten aan microplastics in water; de gecombineerde klonten kunnen vervolgens met een magneet eruit worden getrokken. Deze materialen worden magnetische nanocomposieten genoemd (denk aan zeer fijne poeders met speciale oppervlakken).

Het idee is simpel: meng een kleine dosis poeder in het water, laat het microplastics aantrekken en hechten, en gebruik vervolgens een sterke magneet om de poeder-plastic clusters te verwijderen, waardoor er schoner water achterblijft.

Over de hele wereld hebben onderzoekers veel verschillende methoden geprobeerd om microplastics af te vangen, maar ons onderzoek is een van de eerste die aantoont dat magnetische nanocomposieten niet alleen effectief kunnen werken onder laboratoriumomstandigheden, maar ook in monsters uit de echte wereld, waaronder gemeentelijk afvalwater en drinkwater.

Dit is de eerste studie waarin deze specifieke nanomaterialen worden gebruikt voor de verwijdering van microplastics, wat zowel hun hoge efficiëntie als hun praktische potentieel aantoont. De meeste bestaande filters hebben moeite met het opvangen van de kleinste kunststoffen, die het meest schadelijk zijn voor de gezondheid en het milieu. De volgende stap is om deze poeders op grotere schaal te testen en eenvoudige, betaalbare systemen te ontwikkelen waar huishoudens en waterzuiveringsinstallaties gebruik van kunnen maken.

Hoe goed werken de poeders?

Uit ons onderzoek hebben we ontdekt dat de poeders tot 96% van de kleine polyethyleen- en 92% van de polystyreendeeltjes uit gezuiverd water konden verwijderen. Toen we dezelfde aanpak probeerden met zowel drinkwater als water dat uit een gemeentelijke afvalwaterzuiveringsinstallatie kwam, waren de resultaten net zo sterk. In drinkwater bedroeg de verwijdering ongeveer 94% en in behandeld afvalwater bedroeg de verwijdering maximaal 92%.

Een andere bevinding uit dit onderzoek is dat de grootte van de plastic deeltjes ertoe doet. Hoe kleiner het microplastic, hoe gemakkelijker de poeders zich eraan kunnen hechten, omdat kleine deeltjes een groter deel van het speciale ‘plakkerige’ oppervlak van het poeder kunnen bereiken. Voor kleine kunststoffen (honderden micrometer) zagen we zeer goede resultaten, maar grotere deeltjes (3-5 millimeter) werden nauwelijks verwijderd. Dit komt omdat ze niet zo goed met het poeder vermengen en er minder oppervlak is waar het poeder zich aan kan hechten.

In alledaagse termen zijn deze magnetische poeders uitstekend voor de kleine microplastics die het moeilijkst te vangen zijn met normale filters.

Nu de grote vraag: waarom hechten de poeders zich aan plastic? Zie het als kleine magneetjes. Het poeder en de kunststoffen hebben speciale oppervlakken. Het poeder heeft delen die plakkerig zijn voor kunststoffen. Deze plakkerigheid ontstaat door verschillende soorten krachten. Het plastic en de poeders hebben tegengestelde ladingen die ze samentrekken of aan elkaar laten plakken.

Het belangrijkste punt is dat de poeders zo zijn ontworpen of speciaal gemaakt dat ze zich aan kunststoffen hechten, zodat microplastics zich er op natuurlijke wijze aan hechten in water.

Zodra de poeders zich aan de microplastics hechten, gebruiken we een sterke magneet (magnetische kracht: 250 kg) om de poeder-plastic klonten uit het water te trekken. Vervolgens worden de kunststoffen door wassen en filtreren van het poeder gescheiden, gedroogd en gewogen. Hierdoor kunnen wij controleren hoeveel plastic er is verwijderd. De gescheiden poeders worden geregenereerd en hergebruikt, terwijl de kunststoffen veilig worden weggegooid, waardoor wordt voorkomen dat ze opnieuw in het water terechtkomen.

We hebben ook gekeken naar vragen uit de echte wereld: kun je de poeders hergebruiken? En zijn ze veilig? De poeders zelf zijn gemaakt van veilige, in het laboratorium ontwikkelde materialen: kleine laagjes koolstof en boornitride (een materiaal dat ook voorkomt in cosmetica en coatings) die zijn bedekt met magnetische ijzeren nanodeeltjes. Hierdoor zijn ze stabiel in water en gemakkelijk met een magneet eruit te trekken nadat ze de microplastics hebben opgevangen.

Na drie gebruiksrondes waren de geteste poeders effectief in het verwijderen van plastic tot 80%. Hierdoor heb je niet elke keer een nieuwe partij poeder nodig, wat belangrijk is om de kosten laag te houden. Het behandelen van 1.000 liter water met deze methode kost ongeveer 41 dollar, waardoor het concurrerend is met veel bestaande behandelingsopties.

Voor de veiligheid hebben we het gefilterde poeder (het ‘filtraat’) getest op plantengroei. De resultaten lieten een minimale tot geen toxiciteit zien, omdat drie verschillende planten goed konden groeien in de aanwezigheid van het filtraat. Dit is een sterk teken dat de methode milieuvriendelijk is als deze wordt gebruikt zoals bedoeld.

Wat betekent dit onderzoek voor huishoudens en steden?

Op de korte termijn zouden magnetische poeders kunnen worden ingebouwd in kleine patronen of filtereenheden die kunnen worden aangesloten op huishoudelijke of gemeenschapswatersystemen, waardoor microplastics worden verwijderd voordat het water wordt gebruikt om te drinken of te koken.

Maar het grotere geheel is net zo belangrijk. Microplastics zijn niet alleen een Zuid-Afrikaans probleem, maar zijn ook een mondiale vervuiler die grenzen overschrijdt via rivieren, oceanen en zelfs de lucht waarin we leven. ademen. Goedkope, schaalbare oplossingen zoals magnetische poeders kunnen een echt verschil maken in omgevingen met beperkte middelen, waar geavanceerde filtratiesystemen te duur of onpraktisch zijn.

Vooruitkijkend zal verder werk zich richten op het opschalen van de methode, het testen ervan onder meer uiteenlopende wateromstandigheden en het ontwerpen van eenvoudige, betaalbare apparaten die huishoudens of zuiveringsinstallaties kunnen gebruiken.

Kortom: dit gespecialiseerde magnetische poeder kan een kleine vervuilende stof met grote gevolgen aanpakken. Met verstandige techniek en zorgvuldig herstel bieden magnetische nanocomposieten een veelbelovende, praktische weg naar schoon water en beschermen ze tegelijkertijd het ecosysteem tegen vervuiling door microplastics.