Des scientifiques de l'Université du Missouri découvrent un code sur l'élimination des nanoplastiques avec 98 % de réussite

Ces dernières années, la sensibilisation aux microplastiques a considérablement augmenté, incitant les scientifiques et les chercheurs à rechercher des moyens de les éliminer. 

Les microplastiques sont partout, y compris dans les profondeurs des océans, où ils s’accumulent en grande partie inaperçus. En plus de polluer les écosystèmes marins, polaires et d’eau douce, les nanoplastiques se propagent et contaminent également le sol. Les plantes et les systèmes aquatiques, composants essentiels de l’alimentation humaine, sont affectés.

Classés comme « contaminants émergents », les microplastiques sont des polluants qui ne sont reconnus comme tels que depuis les années 1990. Ce n'est que récemment que nous avons commencé à faire la distinction entre les microplastiques, dont la taille est comprise entre 1 mm et 1 µm, et les nanoplastiques, dont la taille est encore plus petite que 1 µm. 

Les nanoparticules sont si petites qu'elles ne peuvent pas être vu à l'œil nu ; ils sont en réalité plus petits que le diamètre d’un cheveu humain moyen. Cette taille minuscule leur confère une capacité exceptionnellement élevée à pénétrer les membranes biologiques.

Ces nanoplastiques ne sont pas seulement faits délibérément – ​​généralement utilisés dans des matériaux de remplissage bon marché et présents dans les cosmétiques, les dentifrices et les produits de soins de la peau – mais ils sont également le résultat de débris de plastique se décomposant en minuscules particules. Compte tenu du volume de débris plastiques présents dans l’environnement, qui devrait atteindre 12 milliards de tonnes d’ici 2050, cela est préoccupant.

De plus, la structure moléculaire des plastiques les rend très persistants, ce qui en fait un ingrédient intéressant pour divers produits. Cependant, cela signifie également que les déchets plastiques persistent longtemps dans l'environnement. Le plastique ne se décompose pas, mais se désintègre.

Cette désintégration se produit de plusieurs manières, notamment par fragmentation, processus cellulaires, rayonnement ultraviolet et force de l'eau. Par conséquent, le plastique a continué à persister et à se décomposer en morceaux plus petits pendant des décennies. Par exemple, un petit morceau de polyéthylène peut se désintégrer en environ 1,500 150,000 microparticules ou XNUMX XNUMX particules nanoplastiques au fil du temps.

Plus les particules sont petites, plus le problème est grave. En effet, les nanoparticules pénètrent facilement dans les cellules de notre corps. On estime que nous consommons jusqu'à 5 grammes de microplastiques par semaine. Parallèlement, une étude menée par un étudiant diplômé en chimie de l'Université Columbia a utilisé la microscopie à diffusion Raman stimulée pour découvrir que 90 % des particules présentes dans les grandes marques d'eau américaines sont des nanoplastiques, principalement composés de polyéthylène téréphtalate (PET) et de polyamide.

De plus, ces particules nanoplastiques ont des propriétés telles que la flexibilité et la résistance à la température et à la corrosion, ce qui les rend plus dangereuses pour l’environnement qu’on ne le pensait auparavant.

As nous l'avons signalé précédemment, leur petite taille leur permet également de être ingéré par la faune et entrent dans la chaîne alimentaire. Ce mouvement environnemental des nanoplastiques à travers la chaîne alimentaire crée une toxicité importante chez les êtres vivants. 

Chez les plantes, ces minuscules particules peuvent pénétrer dans la paroi cellulaire et s’incruster dans les tissus, ce qui peut avoir des conséquences négatives sur la sécurité alimentaire et la fonction écologique.

Chez l'homme, les nanoplastiques êtes relié aux maladies cardiovasculaires et respiratoires. Une étude a rapporté la découverte de polyéthylène dans la plaque de l'artère carotide chez 150 patients. De plus, les patients qui avaient des microplastiques et des nanoplastiques dans leur athérome (plaque) ont été trouvés être plus à risque de souffrir d'un ensemble d'infarctus du myocarde, d'accident vasculaire cérébral ou de décès, quelle qu'en soit la cause.

Les effets négatifs des nanoplastiques impliquent en outre une inflammation, une immunotoxicité, une inhibition de la croissance, des dommages oxydatifs et des modifications des capacités comportementales. En fait, les microplastiques sont détecté même dans le placenta humain. Ce montre à quel point cela est omniprésent Fabriqué par l'homme la pollution et à quel point elle est nocive pour notre santé. 

Compte tenu de leurs effets à court et à long terme sur les êtres vivants, les particules nanoplastiques sont devenues une préoccupation majeure. Cependant, la petite taille des nanoplastiques signifie que les méthodes d’élimination courantes telles que l’oxydation ou la filtration ne conviennent pas pour les éliminer.

Une nouvelle solution pour éliminer les nanoplastiques de l'eau

Plus récemment, des scientifiques de l’Université du Missouri ont réussi à éliminer les nanoplastiques de l’eau. avec plus de 98% d'efficacité.

L'étude publiée ce mois-ci dans ACS Applied Engineering Materials vise à développer une solution rentable pour se débarrasser de ces minuscules particules afin que nous puissions avoir de l'eau propre, ce qui reste un défi. Pour obtenir ce résultat, des chercheurs de l’Université de Mizzou ont créé une solution liquide capable d’éliminer la grande majorité de ces particules de plastique microscopiques de l’eau. Selon Piyuni Ishtaweera, responsable de l'étude, une ancienne élève qui a mené cette étude alors qu'elle obtenait son doctorat en nanochimie et chimie des matériaux à Mizzou :

« Les nanoplastiques peuvent perturber les écosystèmes aquatiques et pénétrer dans la chaîne alimentaire, posant ainsi des risques à la fois pour la faune et pour les humains. »

Elle travaille désormais à la Food and Drug Administration (FDA) américaine à Saint-Louis. Elle a ajouté :

« En termes simples, nous développons de meilleures méthodes pour éliminer les contaminants tels que les nanoplastiques de l’eau. »

Cette nouvelle méthode consiste à utiliser des solvants hydrofuges, qui sont faits à partir d'ingrédients naturels, sûrs et non toxiques. De plus, leur capacité à repousser l’eau, qui aide à prévenir toute contamination supplémentaire des sources d’eau, en fait une « solution hautement durable ».

Ce fonctionne en permettant au solvant de reposer à la surface de l’eau, tout comme l’huile. Cependant, une fois que le solvant est mélangé à de l’eau et laissé à nouveau se séparer, il remonte à la surface et transporte des nanoplastiques dans sa structure moléculaire.

L'équipe de chercheurs a testé leur méthode innovante pour cinq mesures variables de nanoplastiques à base de polystyrène, un polymère utilisé pour fabriquer différents produits de consommation, notamment des gobelets en polystyrène, qui représentent 25 to 35 % de tous les déchets mis en décharge. Le monde produit plus de 14 millions de tonnes de polystyrène par an, et les Américains jettent à eux seuls environ 25 milliards de gobelets en polystyrène chaque année.

Les résultats de l'étude Mizzou ont surpassé les études précédentes, qui étaient principalement axés sur une seule taille de particules de plastique.

Désormais, pour éliminer le solvant chargé de nanoplastiques, les chercheurs ont utilisé une pipette en laboratoire, qui a laissé de l’eau propre et sans plastique. Ce a été fait à petite échelle, mais à l'avenir, l'idée est d'étendre l'ensemble du processus afin que la méthode puisse être appliquée à de grandes étendues d'eau, en commençant par les lacs et éventuellement en passant aux océans. La nouvelle méthode est efficace non seulement en eau douce mais également en eau salée.

Selon l'auteur correspondant de l'étude, Gary Baker, professeur associé au département de chimie de Mizzou :

"Notre stratégie utilise une petite quantité de solvant de synthèse pour absorber les particules de plastique présentes dans un grand volume d'eau."

Cependant, la capacité des solvants n'est pas encore bien comprise, a noté Baker, qui a ajouté que leurs futures recherches viseront à déterminer précisément cette capacité : la capacité maximale du solvant. De plus, ils exploreront des moyens de recycler les solvants afin qu'ils puissent être utilisés encore et encore « plusieurs fois si nécessaire ».

Dans l’ensemble, cette solution innovante offre une solution pratique à un problème critique tout en ouvrant la voie à de nouvelles recherches et développements dans les technologies avancées de purification de l’eau.

"D'un point de vue scientifique, la création de méthodes d'élimination efficaces favorise l'innovation dans les technologies de filtration, fournit des informations sur le comportement des nanomatériaux et soutient le développement de politiques environnementales éclairées."

– Ishtaweera

Autres approches innovantes de la pollution nanoplastique

Les nanoplastiques suscitent beaucoup d’attention depuis plusieurs années et pour de bonnes raisons. Comme nous l’avons détaillé ci-dessus, leur propension à se propager dans l’environnement et à constituer une menace pour tous les organismes doit être une priorité. Ce est particulièrement important car ces nanoparticules échappent aux procédures conventionnelles d’élimination des particules macro et microplastiques, continuant ainsi à augmenter dans l’eau et à influencer la société. 

Au fil des années, plusieurs méthodes ont été expérimentées pour proposer des solutions efficaces pour éliminer certaines nanoparticules. Celles-ci incluent la photocatalyse, la séparation membranaire avec un réacteur et la dégradation basée sur des micro-organismes, en plus des procédures traditionnelles telles que la décantation par gravité, la floculation et la centrifugation.

La filtration avec coagulation a effectivement était trouvé offrir une efficacité supérieure à 99 % pour éliminer les nanoplastiques de l'eau potable. Cependant, des limites persistent quant à l'évolutivité de la solution, à la gestion des résidus et à son efficacité limitée pour différents types de nanoplastiques.

Alors, allons examiner certaines approches introduites au fil des années pour résoudre ce problème qui menace vie humaine.

L’une de ces méthodes utilise un cadre organométallique à base de chrome pour éliminer les nanoplastiques de polystyrène (PSNP). Pour cela, Cr-MOF a été synthétisé via une méthode hydrothermale utilisant du nitrate de chrome et de l'acide téréphtalique, qui a offert aux chercheurs un 96 % de suppression l'efficacité.

Il y a quelques années, des chercheurs de la FAU ont utilisé des aimants pour éliminer des particules de plastique de différentes tailles et types. Dans le manifestation, les chercheurs ont utilisé des SPION, des nanoparticules non toxiques conçues pour se lier aux surfaces plastiques pour former des agglomérats. Ceux-ci ont ensuite été collectés à l’aide d’aimants, grâce à leur revêtement spécial en oxyde de fer. Ces SPION mesuraient environ 30 nm de diamètre et agissaient comme de la colle. Plus important encore, les fonctionnalités de surface des SPION pourraient être ajustées pour se connecter à des types spécifiques de plastiques. 

Des chercheurs de l'Institut coréen des sciences et technologies (KIST) ont quant à eux utilisé du « bleu de Prusse » pour réaliser cette tâche. Il est intéressant de noter que cette même substance est utilisé teindre les jeans d'une couleur bleu profond. Ainsi, en développant un floculant solide, le étude a pu collecter efficacement les nanoplastiques sous irradiation par la lumière visible. Cette méthode a permis d’éliminer 99 % des microplastiques et de nettoyer le césium radioactif sans nécessiter d’équipement supplémentaire mais uniquement des floculants.

Il y a quelques mois, des chercheurs de l'Université de Waterloo ont également introduit une nouvelle méthode. Ils utilisé de l'époxy pour éliminer les nanoplastiques nocifs avec une efficacité de 94%. Ce déchet de polymère, qui ne peut pas être retraité et tend à se retrouver dans les réseaux d'eau, a été transformé en charbon actif par l'équipe puis utilisé pour traiter l'eau contaminée.

Tizazu Mekonnen, professeur à Waterloo Chemical Engineering qui a dirigé la recherche, a déclaré :

« Pour mettre fin à la crise des déchets plastiques et réduire l’impact environnemental de la production de plastique, nous devons mettre en œuvre une approche d’économie circulaire qui prend en compte chaque étape du parcours du plastique. »

Elle vise également à appliquer la procédure à d’autres types de plastiques et de contaminants et à la généraliser dans les installations municipales de traitement des eaux usées.

Même l’intelligence artificielle (IA), qui transforme les industries, est utilisée par les chercheurs pour s’attaquer au problème des nanoparticules. Une équipe de chercheurs de l'Université de Waterloo créé un outil d'IA appelé PlasticNet qui utilise l’apprentissage en profondeur et la spectroscopie pour identifier les « empreintes digitales » uniques de ces particules. 

PlasticNet a été démontré être un outil efficace dans une usine de traitement des eaux usées locale, où il a démontré une détection et une élimination améliorées des microplastiques.

Compte tenu de la toxicité de ces nanoparticules, une identification précise de leurs types est essentielle. Après tout, tous les plastiques ne sont pas identiques ; ils peuvent être du polyéthylène, du téflon, du polystyrène, du polychlorure de vinyle, etc. 

Les normes internationales recommandent la microscopie électronique (EM) pour l'identification. EM produit des images de nanoparticules, permettant une identification basée sur la taille. Cependant, l’analyse automatique d’images devient problématique lorsque les particules sont présentes sous forme d’agrégats ou ont des formes complexes.

Donc, un méthode améliorée a été créé Pour aider l'industrie des nanomatériaux ainsi que les agences de protection de l'environnement et de la santé. Grâce à l'intégration d'une fonction d'apprentissage automatique basée sur l'IA, le logiciel de POLLEN Metrology est désormais capable d'« identifier avec précision des milliers d'images de nanoparticules en quelques secondes, de manière automatique et non subjective ». La suite logicielle Smart1000 devrait pour aider à accélérer l’identification des nanoparticules potentiellement nocives.

Outre toutes les recherches, même les organisations tentent de trouver des moyens et de développer des technologies pour résoudre le problème des nanoplastiques. 

Par exemple, Polymatéria est une entreprise qui fabrique des plastiques biodégradables innovants afin qu'il n'y ait dès le départ pas de microplastiques ni de nanoplastiques. 

Technologies PureCycle a adopté une approche similaire pour réduire indirectement la pollution nanoplastique. L'entreprise, qui a terminé le deuxième trimestre 2 avec 2024 millions de dollars de liquidités non affectées, se concentre sur le recyclage des plastiques en créant du polypropylène recyclé de haute pureté. 

Sa technologie révolutionnaire de recyclage du polypropylène comprend sept étapes de processus, dont la fusion et la filtration (extrudeuse de polymère et filtre à polymère), l'extraction (mélangeur de polymère/solvant et colonne d'extraction), le mélange et la décantation (mélangeur de polymère et décanteur de grosses particules), la filtration ( Filtres à bougie), purification (colonnes), séparation (décanteur de polypropylène/solvant et produit) et extrusion et pelletisation (extrudeuse de polymère et pelletiseur de polymère).

Il ya aussi des des efforts comme Ocean CleanUp qui éliminent le plastique des océans et étudient des méthodes pour capturer les petites particules de plastique des grandes étendues d’eau. Parallèlement, Anfiro développe des membranes de filtration avancées pour éliminer un large éventail de contaminants, notamment les microplastiques et les nanoplastiques. 

Eau3.0 est un autre projet devenu entreprise qui utilise un bain à remous et un gel de silice hybride spécialement conçu pour éliminer les nanoparticules. Ce composé, Wasser 3.0 PE-X, agit comme un agent agglomérant pour rassembler les microplastiques en grumeaux, qui remontent à la surface et sont écumés à l'aide d'un tamis. 

Il existe de nombreuses autres entreprises et projets de ce type qui travaillent à la création de solutions meilleures, plus rentables et plus avancées pour se débarrasser des nanoparticules et les supprimer complètement de notre écosystème en mettant l’accent sur leur évolutivité.

Conclusion

Avec les décharges et les plages océaniques jonchées d'objets en plastique, les nanoplastiques (moins de 0.001 mm) sont devenus omniprésents et, par conséquent, constituent un danger pour les plantes, les oiseaux, les formes de vie océaniques et les humains. L'exposition aux nanoparticules a été trouvé avoir des effets négatifs sur les êtres vivants, devenant une préoccupation pour l'environnement et créant un besoin urgent de résoudre cet ennemi émergent de la santé humaine.

En conséquence, les chercheurs et les organisations ont exploré diverses façons non traditionnelles de se débarrasser de ces minuscules particules connues pour leur persistance. Cependant, toutes ces expériences sont pour l’instant limitées aux laboratoires et nous n’avons pas encore trouvé de solution évolutive.

Cependant, ces nouvelles méthodes constituent un pas important dans la bonne direction, en abordant le problème omniprésent de la pollution nanoplastique. De plus, compte tenu de l'attention portée à cette question et des progrès que nous constatons, nous Vous pouvez nous espérons obtenir dans un avenir proche une solution pouvant être appliquée à grande échelle et efficacement pour nous fournir de l’eau propre et des écosystèmes plus sains.