Mga Siyentipiko ng University of Missouri Nakabukas ng Kodigo sa Pag-alis ng Nanoplastik na may 98% Tagumpay

Sa mga nagdaang taon, kamalayan tungkol sa microplastics, nag-udyok sa mga siyentipiko at mananaliksik na magsiyasat ng mga paraan upang alisin ang mga ito. 

Ang microplastics ay nasa lahat ng dako, kabilang ang kailaliman ng karagatan, kung saan sila ay nag-iipon nang halos hindi napapansin. Bukod sa pagdudumi ng mga ekosistemang dagat, polar, at sariwang tubig, ang nanoplastics ay kumakalat din papunta at nakakahawa sa lupa. Parehong mga halaman at mga sistemang tubig, na mahalagang bahagi ng diyeta ng tao, ay apektado.

Itinakda bilang ‘umuumusbong na kontaminante,’ ang microplastics ay mga pollutant na kinilala lamang bilang ganoon mula noong 1990s. Kamakailan lamang nagsimula tayong mag-iba sa pagitan ng microplastics, na may sukat na 1 mm – 1 µm, at nanoplastics, na mas maliit pa sa 1 µm.

Ang mga nanoparticle ay napakaliit na hindi ito nakikita ng mata; mas maliit pa ito kaysa sa diyametro ng karaniwang buhok ng tao. Ang napakaliit na sukat na ito ay nagbibigay sa kanila ng napakataas na kakayahang tumagos sa mga biyolohikal na membrano.

Ang mga nanoplastics na ito ay hindi lamang sinasadya na ginagawa—karaniwan para sa murang materyal na pampuno at matatagpuan sa mga kosmetiko, toothpaste, at mga produktong pangangalaga sa balat—kundi ito rin ay resulta ng pagbasag ng mga labi ng plastik sa maliliit na particle. Sa harap ng dami ng mga labi ng plastik sa kapaligiran, na inaasahang aabot sa 12 bilyong tonelada pagsapit ng 2050, ito ay isang dahilan ng pag-aalala.

Hindi pa nababanggit, ang molekular na estruktura ng plastik ay nagiging napakatagal, kaya’t ito ay kaakit-akit na sangkap para sa iba’t ibang produkto. Gayunpaman, nangangahulugan din ito na ang basura ng plastik ay nananatili sa kapaligiran nang matagal. Ang plastik ay hindi nabubulok; sa halip, ito ay nagdidisimula.

Ang pagdidisimula na ito ay nangyayari sa ilang paraan, kabilang ang fragmentation, mga prosesong selular, ultraviolet radiation, at puwersa ng tubig. Dahil dito, ang plastik ay patuloy na nananatili at nababali sa mas maliliit na piraso sa loob ng mga dekada. Halimbawa, ang isang maliit na piraso ng polyethylene ay maaaring magdisintegrate sa humigit-kumulang 1,500 microparticles o 150,000 nanoplastic particles sa paglipas ng panahon.

Kapag mas maliit ang mga particle, mas malaki ang problema. Ito ay dahil ang mga nanoparticle ay madaling tumagos sa mga selula ng ating katawan. Tinatayang kumokonsumo tayo ng hanggang 5 gramo ng microplastics bawat linggo. Samantala, isang pag-aaral na pinamunuan ng isang graduate student sa kimika sa Columbia University ang gumamit ng stimulated Raman scattering microscopy upang matuklasan na 90% ng mga particle sa mga sikat na tatak ng tubig sa US ay nanoplastics, na karamihan ay binubuo ng polyethylene terephthalate (PET) at polyamide.

Higit pa rito, ang mga nanoplastic particle na ito ay may mga katangian tulad ng flexibility at resistensya sa temperatura at korosyon, na ginagawang mas mapanganib sa kapaligiran kaysa dati.

Tulad ng aming naiuulat dati, ang kanilang maliit na sukat ay nagpapadali rin para sa kanila na maingest ng mga hayop at makapasok sa food chain. Ang paggalaw ng nanoplastics sa kapaligiran sa pamamagitan ng food chain ay nagdudulot ng malaking toxicity sa mga nabubuhay.

Sa mga halaman, ang maliliit na particle na ito ay maaaring tumagos sa kanilang cell wall upang ma-embed sa loob ng tisyu, na maaaring magdulot ng negatibong epekto sa kaligtasan ng pagkain at ekolohikal na pag-andar.

Sa mga tao, ang nanoplastics ay kaugnay ng mga sakit sa cardiovascular at respiratory system. Isang pag-aaral ang nag-ulat ng pagkakatuklas ng polyethylene sa plakang carotid artery sa 150 pasyente. Higit pa rito, ang mga pasyenteng may microplastics at nanoplastics sa kanilang atheroma (plaque) ay natuklasang may mas mataas na panganib na magkaroon ng kumbinasyon ng myocardial infarction, stroke, o kamatayan mula sa anumang sanhi.

Ang mga negatibong epekto ng nanoplastics ay kinabibilangan din ng pamamaga, immunotoxicity, paghadlang sa paglaki, oxidative damage, at mga pagbabago sa kakayahang pang-asal. Sa katunayan, ang microplastics ay natuklasan kahit sa placenta ng tao. Ipinapakita nito kung gaano kalaganap ang polusyon na gawa ng tao at kung gaano ito nakasasama sa ating kalusugan.

Dahil sa kanilang parehong pangmadalian at pangmatagalang epekto sa mga nabubuhay, ang mga particle ng nanoplastic ay naging malaking alalahanin. Ang napakaliit na sukat ng nanoplastics, gayunpaman, ay nangangahulugang ang mga karaniwang paraan ng pag-alis tulad ng oxidation o filtration ay hindi angkop para labanan ang mga ito.

Isang Bagong Solusyon sa Pag-alis ng Nanoplastics mula sa Tubig

Kamakailan, nagawang alisin ng mga siyentipiko mula sa University of Missouri ang nanoplastics mula sa tubig na may higit sa 98% na kahusayan.

Ang pag-aaral na inilathala sa ACS Applied Engineering Materials ngayong buwan ay naglalayong bumuo ng isang cost-effective na solusyon upang alisin ang mga maliliit na particle na ito upang magkaroon tayo ng malinis na tubig, na patuloy na hamon. Upang makamit ang resultang ito, ang mga mananaliksik mula sa Mizzou University ay lumikha ng isang liquid-based na solusyon na maaaring alisin ang halos lahat ng mga microscopic plastic particle mula sa tubig. Ayon kay Piyuni Ishtaweera, ang pinuno ng pag-aaral, isang alumni na nagsagawa ng pag-aaral na ito habang kumukuha ng kanyang doctorate sa nano at materials chemistry sa Mizzou:

“Ang nanoplastics ay maaaring magdulot ng kaguluhan sa mga ekosistemang tubig at pumasok sa food chain, na nagdadala ng panganib sa parehong wildlife at tao.”

Nasa US Food and Drug Administration (FDA) sa St. Louis na siya ngayon. Idinagdag niya:

“Sa simpleng salita, kami ay nagde-develop ng mas magagandang paraan upang alisin ang mga kontaminante tulad ng nanoplastics mula sa tubig.”

Ang bagong metodong ito ay gumagamit ng mga water-repelling solvent, na gawa mula sa natural, ligtas, at hindi nakakalason na sangkap. Bukod pa rito, ang kanilang kakayahang itaboy ang tubig, na tumutulong upang maiwasan ang karagdagang kontaminasyon ng mga pinagkukunan ng tubig, ay ginagawa itong isang “lubos na napapanatiling solusyon.”

Gumagana ito sa pamamagitan ng pagpapahintulot sa solvent na manatili sa ibabaw ng tubig, katulad ng langis. Gayunpaman, kapag ang solvent ay hinalo sa tubig at pinabayaan na muling maghiwalay, ito ay lumulutang pabalik sa ibabaw at nagdadala ng nanoplastics sa loob ng kanyang molekular na estruktura.

Sinubukan ng pangkat ng mga mananaliksik ang kanilang makabagong metodo para sa limang magkakaibang sukat ng nanoplastics batay sa polystyrene, isang polymer na ginagamit sa paggawa ng iba’t ibang consumer product, kabilang ang mga Styrofoam cup, na bumubuo ng 25-35% ng lahat ng landfill waste. Ang mundo ay gumagawa ng higit sa 14 milyong tonelada ng Styrofoam taun-taon, kung saan ang mga Amerikano lamang ay nagtatapon ng humigit-kumulang 25 bilyong Styrofoam cup bawat taon.

Ang mga resulta ng pag-aaral ng Mizzou ay nalagpasan ang mga nakaraang pag-aaral, na pangunahing nakatuon sa iisang sukat ng mga particle ng plastik.

Ngayon, upang alisin ang solvent na may nanoplastics, gumamit ang mga mananaliksik ng pipette sa laboratoryo, na nag-iwan ng tubig na walang plastik at malinis. Ginawa ito sa maliit na sukat, ngunit sa hinaharap, ang ideya ay palakihin ang buong proseso upang ang metodo ay magamit sa malalaking anyong-tubig, simula sa mga lawa at kalaunan ay sa mga karagatan. Ang bagong metodo ay epektibo hindi lamang sa sariwang tubig kundi pati na rin sa alat na tubig.

Ayon sa katugmang may-akda ng pag-aaral, si Gary Baker, na isang associate professor sa Department of Chemistry sa Mizzou:

“Ang aming estratehiya ay gumagamit ng maliit na dami ng designer solvent upang sumipsip ng mga particle ng plastik mula sa malaking dami ng tubig.”

Gayunpaman, ang kapasidad ng mga solvent ay hindi pa lubos na nauunawaan, ayon kay Baker, na nagdagdag na sa kanilang susunod na pananaliksik, layunin nilang tukuyin ito — ang pinakamataas na kapasidad ng solvent. Higit pa rito, susuriin nila ang mga paraan upang i-recycle ang mga solvent upang magamit muli at muli “maraming beses kung kinakailangan.”

Sa pangkalahatan, ang makabagong solusyong ito ay nag-aalok ng praktikal na solusyon sa isang kritikal na isyu habang nagbubukas ng daan para sa karagdagang pananaliksik at pag-unlad sa mga advanced na teknolohiya ng paglilinis ng tubig.

“Mula sa perspektibong siyentipiko, ang paglikha ng epektibong mga paraan ng pag-alis ay nagpapasigla ng inobasyon sa mga teknolohiya ng filtrasyon, nagbibigay ng mga pananaw sa pag-uugali ng nanomaterial, at sumusuporta sa pag-unlad ng mga napag-alamang patakaran sa kapaligiran.”

– Ishtaweera

Iba pang Makabagong Lapit sa Polusyon ng Nanoplastic

Ang nanoplastics ay nakakuha ng maraming atensyon sa nakalipas na ilang taon at may magandang dahilan. Tulad ng aming detalyado sa itaas, ang kanilang hilig na kumalat sa kapaligiran at magdulot ng banta sa lahat ng organismo ay kailangang maging prayoridad. Lalo itong mahalaga dahil ang mga nanoparticle na ito ay nakakalusot sa mga tradisyonal na pamamaraan upang alisin ang macro- at micro-plastic particle, kaya patuloy na tumataas sa tubig at nakakaapekto sa lipunan. 

Sa paglipas ng mga taon, ilang mga pamamaraan ang nasubukan upang mag-alok ng epektibong solusyon sa pag-alis ng partikular na mga nanoparticle. Kabilang dito ang photocatalysis, membrane separation na may reactor, at microorganism-based degradation, bukod sa mga tradisyonal na pamamaraan tulad ng gravity settling, flocculation, at centrifugation.

Ang filtration na may coagulation ay talagang natagpuan na nag-aalok ng higit sa 99% na kahusayan sa pag-alis ng nanoplastics mula sa inuming tubig. Ngunit, siyempre, may mga limitasyon pa rin sa scalability ng solusyon, pamamahala ng residual, at limitadong bisa para sa iba’t ibang uri ng nanoplastics.

Kaya, tingnan natin ang ilang mga lapit na ipinakilala sa paglipas ng mga taon upang tugunan ang isyung ito na nagbabantang  buhay ng tao.

Isang ganitong pamamaraan ay ang paggamit ng chromium-based metal-organic framework upang alisin ang polystyrene nanoplastics (PSNPs). Para dito, ang Cr-MOF ay sinintetisa sa pamamagitan ng hydrothermal method gamit ang chromium nitrate at terephthalic acid, na nagbigay sa mga mananaliksik ng 96% na pag-alis na kahusayan.

Ilang taon na ang nakalipas, gumamit ang mga mananaliksik sa FAU ng mga magnet upang alisin ang iba’t ibang sukat at uri ng mga particle ng plastik. Sa demonstrasyon, gumamit ang mga mananaliksik ng SPIONs, mga non-toxic nanoparticle na dinisenyo upang kumapit sa mga ibabaw ng plastik at bumuo ng mga agglomerate. Ang mga ito ay kinolekta gamit ang mga magnet, dahil espesyal na nilagyan ng iron oxide. Ang mga SPIONs ay may halagang 30 nm ang diyametro at kumilos tulad ng pandikit. Higit sa lahat, ang mga surface functionality ng SPIONs ay maaaring i-adjust upang kumonekta sa tiyak na uri ng plastik.

Ang mga mananaliksik mula sa Korea Institute of Science and Technology (KIST) ay gumamit ng ‘Prussian blue’ upang makamit ang gawaing ito. Nakakatuwang, ang parehong substansya ay ginagamit upang kulayan ang mga maong ng malalim na asul na kulay. Kaya, sa pamamagitan ng pag-develop ng solid flocculant, ang pag-aaral ay nakapag-collect ng nanoplastics nang epektibo sa ilalim ng visible light irradiation. Ang metodong ito ay nakapag-alis ng 99% ng microplastics at nilinis ang radioactive cesium nang hindi nangangailangan ng karagdagang kagamitan kundi flocculants lamang.

Ilang buwan na ang nakalipas, nagpakilala ang mga mananaliksik sa University of Waterloo ng isang bagong paraan. Gumamit sila ng epoxy upang alisin ang mapanganib na nanoplastics na may 94% na kahusayan. Ang waste polymer na ito, na hindi maaaring i-reprocess at madalas na napupunta sa mga network ng sistemang tubig, ay binago ng pangkat sa activated carbon at pagkatapos ay ginamit upang tratuhin ang kontaminadong tubig.

Sabi ni Tizazu Mekonnen, isang propesor sa Waterloo Chemical Engineering na nanguna sa pananaliksik,:

“Upang wakasan ang krisis sa plastic waste at mabawasan ang epekto ng produksyon ng plastik sa kapaligiran, kailangan nating ipatupad ang isang circular economy approach na isinasaalang-alang ang bawat yugto ng paglalakbay ng plastik.”

Nais din niyang ilapat ang pamamaraan sa iba pang uri ng plastik at kontaminante at palakihin ito sa mga municipal wastewater treatment facilities.

Pati na rin ang artificial intelligence (AI), na nagbabago ng mga industriya, ay ginagamit ng mga mananaliksik upang harapin ang problema ng mga nanoparticle. Isang pangkat ng mga mananaliksik mula sa University of Waterloo ang lumikha ng AI tool na tinatawag na PlasticNet na gumagamit ng deep learning at spectroscopy upang tukuyin ang natatanging “fingerprints” ng mga particle na ito.

Napatunayan na ang PlasticNet ay isang matagumpay na tool sa isang lokal na wastewater treatment plant, kung saan ito ay nagpakita ng pinahusay na detection at pag-alis ng microplastic.

Dahil sa toxicity ng mga nanoparticle na ito, mahalaga ang tumpak na pagkakakilanlan ng kanilang mga uri. Pagkatapos ng lahat, hindi lahat ng plastik ay pareho; maaari silang maging polyethylene, Teflon, polystyrene, polyvinyl chloride, at iba pa.

Inirerekomenda ng mga internasyonal na pamantayan ang electron microscopy (EM) para sa pagkakakilanlan. Ang EM ay gumagawa ng mga larawan ng nanoparticle, na nagbibigay-daan sa pagkakakilanlan batay sa sukat. Gayunpaman, nagiging problema ang awtomatikong pagsusuri ng imahe kapag ang mga particle ay nasa anyo ng mga aggregate o may kumplikadong hugis.

Kaya, isang pinagbuting pamamaraan ang nilikha upang matulungan ang industriya ng nanomaterial pati na rin ang mga ahensya ng proteksyon sa kapaligiran at kalusugan. Sa pamamagitan ng pagsasama ng AI machine learning function, ang software tool ng POLLEN Metrology ay ngayon kayang “tumpak na kilalanin ang libu-libong NP images sa ilang segundo sa isang awtomatiko, hindi subhetibong paraan.” Inaasahan na ang Smart3 software suite ay makakatulong upang mapabilis ang pagkakakilanlan ng posibleng mapanganib na mga nanoparticle.

Bukod sa lahat ng pananaliksik, kahit ang mga organisasyon ay nagsusumikap na makahanap ng mga paraan at nagde-develop ng mga teknolohiya upang harapin ang isyu ng nanoplastics.

Halimbawa, ang Polymateria ay isang kumpanya na gumagawa ng makabagong biodegradable plastics upang walang microplastics at nanoplastics mula sa simula.

PureCycle Technologies (PCT ) ay nagpatupad ng katulad na lapit upang hindi direktang bawasan ang polusyon ng nanoplastic. Ang kumpanya, na nagtapos ng Q2 ng 2024 na may $10.9 milyong unrestricted cash, ay nakatuon sa pag-recycle ng plastik sa pamamagitan ng paglikha ng high-purity recycled polypropylene.

Ang makabagong teknolohiya ng polypropylene recycling nito ay binubuo ng pitong yugto ng proseso, kabilang ang melting at filtering (Polymer Extruder at Polymer Filter), extraction (Polymer/Solvent Mixer at Extraction Column), mixing at settling (Polymer Mixer at Large Particle Settler), filtering (Candle Filters), purification (Columns), separation (Polypropylene/Solvent at Product Decanter), at Extruding & Pelletizing (Polymer Extruder at Polymer Pelletizer).

Mayroon ding mga pagsisikap tulad ng Ocean CleanUp na nag-aalis ng plastik mula sa mga karagatan at nagsusuri ng mga pamamaraan upang mahuli ang maliliit na particle ng plastik mula sa malalaking anyong-tubig. Samantala, ang Anfiro ay nagde-develop ng advanced filtration membranes upang alisin ang malawak na hanay ng mga kontaminante, kabilang ang microplastics at nanoplastics.

Ang Wasser3.0 ay isa pang proyekto-na-naging-kumpanya na gumagamit ng whirlpool at espesyal na dinisenyong hybrid silica gel upang alisin ang mga nanoparticle. Ang compound na ito, Wasser 3.0 PE-X, ay gumagana bilang clumping agent upang pagdugtungin ang microplastics sa mga buhol, na umaangat sa ibabaw at kinukuha gamit ang salaan.

Marami pang ibang mga kumpanya at proyekto na nagtatrabaho sa paglikha ng mas maganda, cost-effective, at mas advanced na mga solusyon upang alisin ang mga nanoparticle at ganap na alisin ang mga ito mula sa ating ekosistema na may pokus sa paggawa nitong scalable.

Konklusyon

Sa mga landfill at mga baybayin ng karagatan na puno ng mga plastik na bagay, ang nanoplastics (mas maliit sa 0.001 mm) ay naging laganap at, bilang resulta, isang panganib sa mga halaman, ibon, anyong-buhay sa karagatan, at tao. Natuklasan na ang pagkalantad sa mga nanoparticle ay may negatibong epekto sa mga nabubuhay, na nagiging alalahanin para sa kapaligiran at lumilikha ng agarang pangangailangan na lutasin ang lumalabas na kaaway ng kalusugan ng tao.

Bilang resulta, ang mga mananaliksik at organisasyon ay nagsusuri ng iba’t ibang hindi tradisyonal na paraan upang alisin ang mga maliliit na particle na ito, na kilala sa kanilang tibay. Gayunpaman, ang lahat ng mga eksperimento ay limitado pa lamang sa mga laboratoryo, at wala pa tayong natagpuang scalable na solusyon.

Gayunpaman, ang mga bagong metodong ito ay isang mahalagang hakbang sa tamang direksyon, na tinutugunan ang laganap na isyu ng polusyon ng nanoplastic. Gayundin, dahil sa atensyon na natatanggap ng isyu at sa progreso na nakikita natin, maaari nating asahan na magkaroon ng solusyon sa malapit na hinaharap na maaaring ilapat sa malawak na sukat at epektibong magbigay sa atin ng malinis na tubig at mas malusog na ekosistema.