Os microplásticos vêm recebendo muita atenção ultimamente devido à dificuldade de sua remoção do meio ambiente. As peneiras e a filtração são atualmente a forma predominante de captura de microplásticos na água. Contudo, isso é impraticável porque os filtros entopem facilmente e precisam ser limpos ou substituídos regularmente. Outro problema é que foi impossível coletar qualquer coisa menor do que 0,3 mm, o tamanho do diâmetro do poro da rede de plâncton da malha. Isso é lamentável porque a maioria dos microplásticos que causam estragos são menores do que isso, com efeitos desconhecidos no eco e nos biossistemas.

Um novo método promissor para coletar esses microplásticos foi desenvolvido usando a acústica para coletá-los na água. Um dispositivo de onda acústica em massa (BAW) foi projetado e fabricado para canalizar microplásticos, juntando-os no canal do meio enquanto a água flui pelos dois canais laterais. A ideia para este estudo surgiu quando o professor Hiroshi Moriwaki, com especialização em análise ambiental na Faculdade de Ciência e Tecnologia Têxtil perguntou ao Professor Associado Yoshitake Akiyama, primeiro autor do estudo, se havia uma maneira de lidar com microplásticos na água do ponto de vista da engenharia.

Os pesquisadores se concentraram no fato de que uma das maiores fontes de microplásticos em nossos oceanos são as máquinas de lavar. Uma máquina de lavar típica descarrega cerca de dez mil fibras por um ciclo de lavagem de 100 litros. Muitas de nossas roupas são feitas de fibras químicas, e minúsculos pedaços de fibras microplásticas se quebram na máquina de lavar. As estações de tratamento de águas residuais atualmente não conseguem capturar microplásticos.

Os pesquisadores decidiram criar um dispositivo que coleta microplásticos e fibras microplásticas por meio de vibrações piezo. Usando acústica com uma força e amplitude adequadas para o comprimento, diâmetro e compressibilidade do microplástico, os detritos se acumulam no meio de um dispositivo de três canais. Os dois canais laterais expelem água limpa enquanto as fibras microplásticas se juntam no meio, tendo sido acusticamente focado utilizando o elemento piezo para criar a onda estacionária acústica. Diferentes tipos de microplásticos têm diferentes tipos de densidades, módulo de volume e compressibilidade, o que contribui para um fator de contraste acústico (ACF) diferente. Ao escolher a largura do microcanal como sendo a metade do comprimento de onda na água, as partículas são induzidas a se reunir no meio do tubo. Demorou cerca de 0,7 segundos para as partículas serem focalizadas desta forma.

Os pesquisadores tiveram problemas ao preparar microplásticos para o experimento:era difícil criar microplásticos de tamanho apropriado. No início, eles tentaram usar um liquidificador para cortar as fibras no mesmo comprimento, mas as fibras de plástico não cortavam. Ao perguntar aos colegas do departamento Têxtil, os pesquisadores descobriram o fabricante da pilha Kanehara que gentilmente forneceu os materiais necessários para a pesquisa.

Para o experimento, uma fórmula foi desenvolvida para calcular o melhor foco acústico para atingir as fibras microplásticas Nylon 6, BICHO DE ESTIMAÇÃO, e micropartículas de poliestireno. As taxas de coleta eram muito altas, 95% para PET e 99% para Nylon 6 quando não contabilizando partículas mínimas que grudaram nas paredes. A força hidrodinâmica alinha as fibras para que o dispositivo BAW evite o entupimento. As partículas foram rastreadas usando um software de análise de movimento. Para melhorias futuras, a superfície dos microcanais pode ser produzida usando métodos para minimizar a aspereza e desencorajar a aderência.

Refinamentos necessários para aplicações do mundo real e escalabilidade envolvem o uso de múltiplos canais em série e paralelo com diâmetros e força diferentes para capturar todos os tipos de microplásticos. Ao adicionar vários canais (7 trifurcados, o que significa 3 elevado a 7) 100 litros de água da lavanderia podem ser facilmente concentrados em 50 mL, o que tornaria mais fácil jogar fora ou queimar. O estudo usou concentrações de fibras microplásticas do máximo esperado em aplicações do mundo real. Os limites atuais para implementações são que o processo de drenagem levaria muito tempo.

Com este estudo, Grânulos de PS com 15 μm de diâmetro foram capturados, e em teoria, o tamanho mínimo dos grânulos PS que podem ser capturados por este dispositivo BAW é de 4,3 μm. Contas menores podem ser capturadas com modificações no dispositivo BAW. A maioria dos microplásticos em águas residuais tem um diâmetro de 10 μm e comprimento de 2 a 200 μm. O dispositivo BAW pode capturar com sucesso esses microplásticos. Novos desenvolvimentos em acústica são necessários para capturar nanoplásticos menores que 100 nm de diâmetro.