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 por el cual los microplásticos, como 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 de la ciencia 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 Centro Andlinger de Energía y Medio Ambiente, el Instituto Ambiental de High Meadows y el Instituto de Princeton para la Ciencia y Tecnología de Materiales. Previamente, Los investigadores pensaron que cuando las micropartículas se atascaban, generalmente se quedaban allí, lo que limita 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 permanece lo suficientemente alta. Los investigadores de Princeton demostraron que el proceso de deposición, o la formación de obstrucciones, y erosión, su ruptura, es cíclico; se forman obstrucciones 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 de los poros hasta que se vuelvan a obstruir.

"No solo encontramos esta dinámica dinámica de partículas que se atascan, obstruido acumulando depósitos y luego siendo empujado, pero 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, un investigador asociado postdoctoral en el Instituto de Princeton para la Ciencia y Tecnología de Materiales, estudiante de posgrado Joanna Schneider, y Rodney Priestley, profesor de ingeniería química y biológica y vicedecano de innovación.

Probaron dos tipos de partículas, "pegajoso" y "no pegajoso, "que se corresponden con los tipos reales de microplásticos que se encuentran en el medio ambiente. Sorprendentemente, encontraron que no había diferencia en el proceso en sí; es decir, ambos seguían obstruidos y desatascados a presiones de fluido lo suficientemente altas. La única diferencia fue dónde se formaron los grupos. Las partículas "no pegajosas" tendían a atascarse solo en pasillos estrechos, mientras que los pegajosos parecían poder quedar atrapados en cualquier superficie del medio sólido que encontraran. Como resultado de esta dinámica, Ahora está claro que incluso las partículas "pegajosas" pueden extenderse por áreas extensas y por cientos de poros.

En el papel, Los investigadores describen el bombeo de 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 vierte en suelos 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 de origen natural, incluyendo suelos, sedimentos, y acuíferos subterráneos.

Normalmente, los medios porosos son opacos, por lo que no se puede ver qué están haciendo las micropartículas o cómo fluyen. Los investigadores suelen medir lo que entra y sale de los medios, e intentar 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 la Ecole des Ponts Paris Tech y experto en reología que no está afiliado al estudio.

"Descubrimos trucos para hacer que los medios sean 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 lo que hacen las partículas individuales en diferentes condiciones experimentales ".

El estudio, que Coussot describió como un "enfoque experimental notable, "mostró que, aunque las micropartículas de poliestireno se atascaban en algunos puntos, finalmente fueron liberados, y se movió 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 ubicación de la contaminación. Los modelos se basarían en diferentes tipos de medios porosos y diferentes tamaños de partículas y químicas, y ayudar a predecir con mayor precisión la contaminación bajo diversos riegos, lluvia, o condiciones de 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 cercana, río o acuífero. Los investigadores también estudiaron cómo la deposición de partículas microplásticas impacta la permeabilidad del medio, incluida la facilidad con 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. "Now that we found something so surprising in a system so simple, we're excited to see what the implications are for more complex systems, " said Datta.

Él dijo, por ejemplo, this principle could yield insight into how clays, minerales, granos quartz, virus microbes and other particles move in media with complex surface chemistries.

The knowledge will also help the researchers understand how to deploy engineered nanoparticles to remediate contaminated groundwater aquifers, perhaps leaked from a manufacturing plant, granja, or urban wastewater stream.

Beyond environmental remediation, the findings are applicable to processes across a spectrum of industries, from drug delivery to filtration mechanisms, effectively any media in which particles flow and accumulate, Datta said.