Los microplásticos están recibiendo mucha atención últimamente debido a su dificultad para eliminarlos del medio ambiente. Los tamices y la filtración son actualmente la forma predominante de capturar microplásticos en agua. Sin embargo, esto no es práctico porque los filtros se obstruyen con facilidad y es necesario limpiarlos o reemplazarlos con regularidad. Otro problema es que ha sido imposible recolectar algo menor a 0.3 mm, el tamaño del diámetro neto de los poros del plancton de la malla. Esto es lamentable porque la mayoría de los microplásticos que causan estragos son más pequeños que eso, con efectos desconocidos sobre el eco y los biosistemas.

Se ha ideado un nuevo método prometedor para recolectar tales microplásticos utilizando acústica para recolectarlos en el agua. Se diseñó y fabricó un dispositivo de ondas acústicas a granel (BAW) que canaliza microplásticos, reuniéndolos en el canal del medio mientras el agua fluye por los dos canales laterales. La idea de este estudio surgió cuando el profesor Hiroshi Moriwaki, especializado en análisis ambiental en la Facultad de Ciencia y Tecnología Textil, preguntó al Profesor Asociado Yoshitake Akiyama, primer autor del estudio si había una manera de abordar los microplásticos en el agua desde el punto de vista de la ingeniería.

Los investigadores se centraron en el hecho de que una de las mayores fuentes de microplásticos en nuestros océanos son las lavadoras. Una lavadora típica descarga unas diez mil fibras por ciclo de lavado de 100 litros. Muchas de nuestras prendas están hechas de fibras químicas, y pequeños trozos de fibras microplásticas se desprenden en la lavadora. Actualmente, las plantas de tratamiento de aguas residuales no pueden capturar microplásticos.

Los investigadores decidieron crear un dispositivo que recolecta microplásticos y fibras microplásticas mediante vibraciones piezoeléctricas. Al usar acústica con una fuerza y ​​amplitud apropiadas para la longitud, diámetro y compresibilidad del microplástico, la suciedad se acumula en el medio de un dispositivo de tres canales. Los dos canales laterales expulsan agua limpia mientras que las fibras microplásticas se juntan en el medio, habiendo sido enfocado acústicamente utilizando el elemento piezoeléctrico para crear la onda acústica estacionaria. Los diferentes tipos de microplásticos tienen diferentes tipos de densidades, módulo de volumen y compresibilidad, lo que lo convierte en un factor de contraste acústico (ACF) diferente. Al elegir que el ancho del microcanal sea la mitad de la longitud de onda en el agua, se induce a las partículas a acumularse en el medio del tubo. Tomó alrededor de 0,7 segundos para que las partículas se enfocaran de esta manera.

Los investigadores tuvieron problemas al preparar microplásticos para el experimento:era difícil crear microplásticos de un tamaño apropiado. Al principio intentaron usar una licuadora para cortar las fibras a la misma longitud, pero las fibras de plástico no se cortaron. Preguntando a los compañeros del departamento de Textiles, los investigadores descubrieron al fabricante de Kanehara Pile, quien amablemente les proporcionó los materiales necesarios para la investigación.

Para el experimento, Se ideó una fórmula para calcular el mejor enfoque acústico para apuntar a las fibras microplásticas Nylon 6, MASCOTA, y micropartículas de poliestireno. Las tasas de cobranza eran muy altas, 95% para PET y 99% para Nylon 6 cuando no se tienen en cuenta las partículas mínimas que se adhieren a las paredes. La fuerza hidrodinámica alinea las fibras para que el dispositivo BAW evite la obstrucción. Las partículas se rastrearon utilizando un software de análisis de movimiento. Para futuras mejoras, la superficie de los microcanales podría producirse utilizando métodos para minimizar la rugosidad y evitar que se pegue.

Los refinamientos necesarios para las aplicaciones del mundo real y la escalabilidad implican el uso de múltiples canales en serie y en paralelo con diferentes diámetros y fuerza para capturar todo tipo de microplásticos. Añadiendo varios canales (7 trifurcados, lo que significa 3 elevado a 7) 100 litros de agua de lavado se pueden concentrar sin esfuerzo en 50 ml, lo que haría que sea fácil de tirar o quemar. El estudio utilizó concentraciones de fibras microplásticas del máximo esperado en aplicaciones del mundo real. Los límites actuales para las implementaciones son que el proceso de drenaje llevaría mucho tiempo.

Con este estudio, Se capturaron perlas de PS de 15 μm de diámetro, y en teoría, el tamaño mínimo de las perlas de PS que pueden ser capturadas por este dispositivo BAW es de 4,3 μm. Se podrían capturar perlas más pequeñas con modificaciones en el dispositivo BAW. La mayoría de los microplásticos en las aguas residuales tienen un diámetro de 10 μm y una longitud de 2 a 200 μm. El dispositivo BAW puede capturar con éxito tales microplásticos. Se necesitan más desarrollos en acústico-fluidos para capturar nanoplásticos de menos de 100 nm de diámetro.