La contaminación plástica es omnipresente hoy en día, con partículas microplásticas de productos desechables que se encuentran en entornos naturales en todo el mundo, incluida la Antártida. Pero no se comprende bien cómo esas partículas se mueven y se acumulan en el medio ambiente. Ahora, un estudio de la Universidad de Princeton ha revelado el mecanismo porqué microplásticos, como la espuma de poliestireno, y las partículas contaminantes se transportan a largas distancias a través del suelo y otros medios porosos, con implicaciones para prevenir la propagación y acumulación de contaminantes en las fuentes de agua y alimentos.
El estudio, publicado en avances científicos el 13 de noviembre, revela que las partículas microplásticas se atascan cuando viajan a través de materiales porosos como el suelo y los sedimentos, pero luego se liberan y, a menudo, continúan moviéndose sustancialmente más. Identificar este proceso de detener y reiniciar y las condiciones que lo controlan es nuevo, dijo Sujit Datta, profesor asistente de ingeniería química y biológica y facultad asociada del Andlinger Center for Energy and the Environment, el High Meadows Environmental Institute y el Princeton Institute for the Science and Technology of Materials. Anteriormente, los investigadores pensaban que cuando las micropartículas se convertíanatascados, generalmente permanecían allí, lo que limitaba la comprensión de la propagación de partículas.
Datta dirigió el equipo de investigación, que descubrió que las micropartículas se liberan cuando la velocidad del fluido que fluye a través del medio sigue siendo lo suficientemente alta. Los investigadores de Princeton demostraron que el proceso de deposición, o la formación de obstrucciones, y la erosión, su ruptura, es cíclico; las obstrucciones se forman y luego se rompen por la presión del fluido a lo largo del tiempo y la distancia, moviendo las partículas más a través del espacio poroso hasta que las obstrucciones se vuelven a formar.
"No solo encontramos esta dinámica fría de partículas que se atascan, atascan, acumulan depósitos y luego son empujadas, sino que ese proceso permite que las partículas se esparzan en distancias mucho mayores de lo que hubiéramos pensado de otra manera", dijo Datta..
El equipo incluía a Navid Bizmark, investigador asociado postdoctoral en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Materiales de Princeton, la estudiante graduada Joanna Schneider y Rodney Priestley, profesor de ingeniería química y biológica y vicedecano de innovación.
Probaron dos tipos de partículas, "pegajosas" y "no pegajosas", que se corresponden con los tipos reales de microplásticos que se encuentran en el medio ambiente. Sorprendentemente, descubrieron que no había diferencia en el proceso en sí; es decir, que todavía estaban obstruidos yse desatascaron a presiones de fluido lo suficientemente altas. La única diferencia era donde se formaban los grupos. Las partículas "no pegajosas" tendían a atascarse solo en los pasillos estrechos, mientras que las pegajosas parecían poder quedar atrapadas en cualquier superficie del medio sólido queComo resultado de esta dinámica, ahora está claro que incluso las partículas "pegajosas" pueden extenderse sobre grandes áreas y a lo largo de cientos de poros.
En el artículo, los investigadores describen bombear micropartículas de poliestireno fluorescente y fluido a través de un medio poroso transparente desarrollado en el laboratorio de Datta, y luego observar el movimiento de las micropartículas bajo un microscopio. El poliestireno es la micropartícula de plástico que forma la espuma de poliestireno, que a menudo se esparce ensuelos y vías fluviales a través de materiales de envío y contenedores de comida rápida. Los medios porosos que crearon imitan de cerca la estructura de los medios naturales, incluidos suelos, sedimentos y acuíferos subterráneos.
Por lo general, los medios porosos son opacos, por lo que no se puede ver qué están haciendo las micropartículas o cómo fluyen. Los investigadores generalmente miden lo que entra y sale de los medios e intentan inferir los procesos que ocurren en el interior. Al hacer medios porosos transparentes,los investigadores superaron esa limitación.
"Datta y sus colegas abrieron la caja negra", dijo Philippe Coussot, profesor de Ecole des Ponts Paris Tech y experto en reología que no está afiliado al estudio.
"Descubrimos trucos para hacer los medios transparentes. Luego, mediante el uso de micropartículas fluorescentes, podemos observar su dinámica en tiempo real usando un microscopio", dijo Datta. "Lo bueno es que realmente podemos ver qué partículas individuales sonhaciendo bajo diferentes condiciones experimentales. "
El estudio, que Coussot describió como un "enfoque experimental notable", mostró que aunque las micropartículas de poliestireno se atascaron en los puntos, finalmente se liberaron y se movieron a lo largo de todo el medio durante el experimento.
El objetivo final es utilizar estas observaciones de partículas para mejorar los parámetros de modelos a mayor escala para predecir la cantidad y la ubicación de la contaminación. Los modelos se basarían en diferentes tipos de medios porosos y diferentes tamaños de partículas y químicas, y ayudarían a obtener con mayor precisiónpredecir la contaminación bajo diversas condiciones de riego, lluvia o flujo ambiental. La investigación puede ayudar a informar modelos matemáticos para comprender mejor la probabilidad de que una partícula se mueva a una cierta distancia y llegue a un destino vulnerable, como una tierra de cultivo, un río o un acuífero cercanos.Los investigadores también estudiaron cómo la deposición de partículas microplásticas impacta la permeabilidad del medio, incluida la facilidad con la que el agua para riego puede fluir a través del suelo cuando hay micropartículas presentes.
Datta dijo que este experimento es la punta del iceberg en términos de partículas y aplicaciones que los investigadores ahora pueden estudiar. "Ahora que encontramos algo tan sorprendente en un sistema tan simple, estamos emocionados de ver cuáles son las implicaciones para mássistemas complejos ", dijo Datta.
Dijo, por ejemplo, que este principio podría dar una idea de cómo las arcillas, minerales, granos, cuarzo, virus, microbios y otras partículas se mueven en medios con químicas superficiales complejas.
El conocimiento también ayudará a los investigadores a comprender cómo implementar nanopartículas diseñadas para remediar los acuíferos de agua subterránea contaminados, quizás filtrados de una planta de fabricación, granja o corriente de aguas residuales urbanas.
Más allá de la remediación ambiental, los hallazgos son aplicables a procesos en un espectro de industrias, desde la administración de medicamentos hasta los mecanismos de filtración, efectivamente cualquier medio en el que las partículas fluyan y se acumulen, dijo Datta.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Princeton, Escuela de Ingeniería . Original escrito por Molly Seltzer. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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