由於微塑料很難從(cóng)環境中清除,因此最近受到了廣泛的關注。目前,篩分(fèn)和過濾是捕獲水中微塑料的主要方法。但是(shì),這是(shì)不切實際的,因為過濾器容易堵塞並且需要定期清潔或更換。另一個問題是,不可能(néng)收集小於0.3毫米(網眼浮遊生物淨孔徑大小)的東西。這是不幸的,因為引起破壞的大多數微塑料都比這種塑料小,對生態和(hé)生物係統的影響未知。
已經設(shè)計出一種有前途的收集這種微塑料的新方法,該方法利用聲學將它們收集在水中。設計並製造(zào)了一個體(tǐ)聲波(BAW)裝置,該裝置可以引導微塑料,將它們(men)收集在中間通道(dào)中,而水則從兩側通道中流出。這項研究的主意是在紡織科學與技術學院(yuàn)專(zhuān)門從事環境分析的森浩弘教授問到該研究的第一(yī)作者(zhě)秋山芳武副教授是(shì)否從工程的角度出發解決水中的微塑料的。
研究人員關注的事實是,我們海洋中最(zuì)大的微塑料來源之一是洗衣機。典型(xíng)的洗衣機每100升洗(xǐ)滌周期排放約一萬根纖維。我們(men)的許多衣服都是用化學纖維製成的,而細小的塑料纖維碎片會在洗衣機中脫落。廢水處理(lǐ)廠(chǎng)目前無(wú)法捕獲微塑料。
研(yán)究人員決定創建一種通過壓電振動收(shōu)集(jí)微塑料和微塑料纖維的設備。通過以適合於微塑料的(de)長度,直徑和可壓縮性(xìng)的(de)力和振幅使(shǐ)用聲音,碎屑會聚集在三(sān)通道設備的中間。側麵的兩個(gè)通道排出(chū)清潔的(de)水,而微塑料(liào)纖維聚集(jí)在中間,利用壓電元(yuán)件進行(háng)聲學聚焦,從而(ér)產生聲駐波。不同類型的微塑料(liào)具有不同類型的密度,體積模量和可壓縮性,這導致(zhì)了(le)不同的聲(shēng)學對比度(ACF)。通過將微通道的寬度選擇為水中波長的(de)一半,可以促使(shǐ)粒子聚集在管的中間。大約花(huā)了0。
研究人員在(zài)為實驗(yàn)準備微塑料時遇到了麻(má)煩:很難製造出合適尺寸的微塑料。最初,他們嚐試使用混合機將纖維切成相同的長度,但塑料纖維卻無法切割。通過詢問紡(fǎng)織部門的同事,研究人員發現了Kanehara絨毛製造商,後者為他們提供了研究所需的材料。
對於該實驗,設計了一(yī)個公(gōng)式來計算針對目標微塑料纖維尼龍6,PET和聚苯(běn)乙烯(xī)微粒的最佳聲聚焦。收集率非常高,當不考慮粘附在牆上的最小(xiǎo)顆粒時(shí),PET的收集率為95%,尼龍6的收集率為99%。流體動力使纖維對齊,從(cóng)而使BAW設備避免堵塞。使(shǐ)用運動分析軟件跟(gēn)蹤粒子。為了將來的(de)改進,可以通過使用使粗糙度(dù)最小化和阻止粘附的方法來產生微通(tōng)道的表麵。
實際應用和可(kě)伸縮性所需的改進包括使用多個具有不同直徑的串行和並行通道,並強製捕獲所有類(lèi)型的微塑料。通過添加多個通道(7個(gè)三叉通道,意(yì)味著3等於7的冪),可以將100升洗衣水毫不費力地(dì)濃(nóng)縮為50 mL,這很容易丟棄或燃燒。該研究使用了現實(shí)應用中(zhōng)所期望的最大濃度的微塑性(xìng)纖維。當前實施的限製是消耗過程將(jiāng)花費很長時間。
通過這項研究,捕獲(huò)了直徑為15μm的PS珠,理論上,該BAW設備能夠捕獲的PS珠的最(zuì)小尺寸為4.3μm。修改BAW設備可以捕獲較小的(de)珠子。廢水中的大多數微塑(sù)料(liào)的直徑為10μm,長度為2至200μm。BAW設備可以成功捕獲此類微塑(sù)料。為了捕(bǔ)獲直徑小於100 nm的納(nà)米(mǐ)塑料,聲流體技術需要進(jìn)一步發展。
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