Pulsos de ondas ultrasónicas podrían eliminar océanos de microplásticos

Sep 16, 2023

Isabel Montalbano | 19 de abril de 2023

Los microplásticos que flotan en el océano y otros cuerpos de agua son una fuente masiva de contaminación en el mundo y representan una amenaza para la vida silvestre, el medio ambiente e incluso para los humanos. Ahora, los investigadores han desarrollado un dispositivo de prueba de concepto que utiliza ondas de sonido pulsantes para eliminar partículas de plástico como una posible solución a este problema global.

Un equipo dirigido por Menake Piyasena, profesor asociado del Instituto de Minería y Tecnología de Nuevo México, desarrolló un dispositivo de dos etapas compuesto por tubos de acero y ondas sonoras pulsantes que ha demostrado que puede eliminar partículas de plástico diminutas de menos de 5 milímetros de ancho de muestras de agua reales. .

La solución es una de varias formas que los científicos están considerando para abordar el creciente problema de los microplásticos, que representan toneladas de desechos plásticos en el océano que luego son ingeridos por los animales, y luego por los humanos cuando comen pescado del mar, y también lavan arriba en tierra.

Si bien las predicciones sobre la cantidad de microplásticos que existen en la actualidad son bastante nefastas, con un estudio de 2021 realizado por la Universidad de Kyushu que encontró que hay alrededor de 24,4 billones de piezas de microplásticos con un peso combinado de 82 000 a 578 000 toneladas en los océanos superiores del mundo, los científicos predicen sus impactos en el medio ambiente. el medio ambiente e incluso la salud humana pueden reducirse si se aplican ampliamente las soluciones actuales al problema.

El equipo de Piyasena espera sumar su invento para ayudar a combatir este problema. La idea de usar ondas de ultrasonido para recolectar microplásticos surgió de una discusión que tuvo el investigador principal del proyecto con un colega sobre cómo resolver el problema de eliminar estos plásticos del agua, dijo.

"Debido a que las fuerzas acústicas pueden juntar las partículas, me preguntaba si podríamos usarlas para agregar microplásticos en el agua, haciendo que el plástico sea más fácil de eliminar", dijo.

Resulta que los científicos podrían usar ondas de sonido para transferir energía a las partículas para que vibren, se muevan y luego se reúnan para una recolección más fácil, encontraron los investigadores. De hecho, los científicos ya han aplicado este concepto, similar a cómo los altavoces que reproducen música a todo volumen pueden sacudir el suelo, a otros procesos, como separar partículas biológicas como los glóbulos rojos de líquidos como el plasma.

Inicialmente, el equipo de New Mexico Tech probó su teoría para separar microplásticos de decenas de micrones de ancho, que es más pequeño que el ancho de un cabello humano, a partir de muestras que prepararon en el laboratorio con pequeños volúmenes de agua pura.

Sin embargo, sabiendo que los microplásticos en el medio ambiente son más grandes que eso, el equipo de Piyasena, incluido Nelum Perera, un estudiante graduado en su laboratorio, se dispuso a construir un dispositivo que se puede usar con la mayoría de los tamaños de microplásticos que existen y también podría ser ampliado para su uso en el mundo real, dijo.

Para adaptarse a tasas de flujo de agua más altas, Perera creó un dispositivo de prueba de concepto con tubos de acero de 8 mm de ancho conectados a un tubo de entrada y múltiples tubos de salida, luego conectó un transductor al costado del tubo de metal. Este transductor, cuando se enciende, genera ondas de ultrasonido a través del tubo de metal, que aplica fuerzas acústicas sobre los microplásticos a medida que pasan por el sistema. El resultado es que las ondas de sonido hacen que las partículas sean más fáciles de capturar.

El dispositivo prototipo es relativamente simple en comparación con los métodos de filtración tradicionales, que son la forma más común que se usa ahora para recolectar microplásticos, dijeron los investigadores. Eso se debe a que no se obstruye tan fácilmente como lo hacen las soluciones basadas en filtros, dijeron.

Los investigadores probaron este dispositivo con microplásticos de poliestireno, polietileno y metacrilato de polimetilo y observaron la diferencia de comportamiento entre partículas más pequeñas (6 a 180 µm de ancho) y más grandes (180 a 300 µm de ancho), dijeron.

En esas pruebas del sistema, las partículas de ambos tamaños se acomodaron a lo largo del centro del canal y salieron por la salida del medio, mientras que el agua limpia fluía por las salidas circundantes. Sin embargo, si los investigadores añadían detergente para ropa o suavizante de telas al agua, las partículas más grandes cambiaban su comportamiento. Se acumularon a lo largo de los lados, salieron por las salidas laterales y purificaron el agua por la salida del medio.

Sabiendo esto sobre el diferente comportamiento de las partículas, los investigadores se propusieron desarrollar un sistema que pudiera aprovechar los variados movimientos. Para hacer esto, conectaron dos tubos de acero en tándem, con la primera etapa capturando pequeños microplásticos de menos de 180 µm de ancho, y la corriente de agua que contenía microplásticos más grandes restantes moviéndose a la segunda etapa para ser limpiados.

"De esta manera eliminamos más del 70% de los plásticos pequeños y más del 82% de los grandes", dijo Perera sobre el resultado de probar el nuevo sistema.

El siguiente paso para el equipo fue demostrar que este sistema de dos etapas podía funcionar para aplicaciones del mundo real, lo que Perera y Piyasena se propusieron hacer recolectando agua de un estanque en el campus de New Mexico Tech y del Río Grande. Antes de realizar la prueba, filtraron todas las muestras para eliminar los contaminantes grandes, dejando agua que aún contenía sustancias disueltas que podrían haber afectado la separación. Luego, agregaron microplásticos al agua y la pusieron a través de su sistema, y ​​descubrieron que se eliminaban con la misma eficacia que con el agua pura utilizada en el laboratorio, dijeron los investigadores.

Perera estima que costaría alrededor de 7 centavos operar el dispositivo actual durante una hora y tomar alrededor de una hora y media limpiar un litro de agua, lo que lo hace rentable para usar a mayor escala, una aplicación que esperan que esté en el futuro. futuro de su dispositivo.

Con este fin, el próximo paso de los investigadores para el desarrollo del sistema es crear uno con tubos más anchos, o paquetes de múltiples tubos, y probarlo en muestras del mundo real que no hayan sido manipuladas, incluidas las aguas del océano y las aguas residuales. de las lavadoras, dijeron.

"Hemos demostrado que las fuerzas acústicas se pueden usar para concentrar una amplia gama de tamaños de microplásticos", dijo Piyasena. "Y a partir de aquí, queremos demostrar que esto se puede hacer a mayor escala con muestras reales que ya contienen microplásticos".

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