A poluição do plástico é onipresente hoje, com partículas microplásticas de produtos descartáveis ​​encontrados em ambientes naturais em todo o mundo, incluindo a Antártica. Mas como essas partículas se movem e se acumulam no meio ambiente é mal compreendido. Agora, um estudo da Universidade de Princeton revelou o mecanismo pelo qual os microplásticos, como isopor, e os poluentes particulados são transportados por longas distâncias através do solo e outros meios porosos, com implicações na prevenção da disseminação e acúmulo de contaminantes em alimentos e fontes de água.

O estudo, publicado em Avanços da Ciência em 13 de novembro, revela que as partículas microplásticas ficam presas ao viajar através de materiais porosos, como solo e sedimentos, mas depois se soltam e muitas vezes continuam a se mover substancialmente mais longe. Identificar este processo de parar e reiniciar e as condições que o controlam é novo, disse Sujit Datta, professor assistente de engenharia química e biológica e corpo docente associado do Centro Andlinger de Energia e Meio Ambiente, o Instituto Ambiental de High Meadows e o Instituto de Ciência e Tecnologia de Materiais de Princeton. Anteriormente, pesquisadores pensaram que quando as micropartículas travavam, eles geralmente ficavam lá, que limitou a compreensão da propagação de partículas.

Datta liderou a equipe de pesquisa, que descobriu que as micropartículas são empurradas para fora quando a taxa de fluido que flui através da mídia permanece alta o suficiente. Os pesquisadores de Princeton mostraram que o processo de deposição, ou a formação de tamancos, e erosão, a separação deles, é cíclico; entupimentos se formam e, em seguida, são quebrados pela pressão do fluido ao longo do tempo e da distância, mover as partículas ainda mais através do espaço dos poros até que as obstruções se reformam.

"Não apenas encontramos essas dinâmicas legais de partículas presas, entupido, acumulando depósitos e, em seguida, sendo empurrado, mas esse processo permite que as partículas se espalhem por distâncias muito maiores do que teríamos pensado de outra forma, "disse Datta.

A equipe incluiu Navid Bizmark, um associado de pesquisa de pós-doutorado no Instituto de Ciência e Tecnologia de Materiais de Princeton, estudante de graduação Joanna Schneider, e Rodney Priestley, professor de engenharia química e biológica e vice-reitor de inovação.

Eles testaram dois tipos de partículas, "pegajoso" e "não pegajoso, "que correspondem aos tipos reais de microplásticos encontrados no ambiente. Surpreendentemente, eles descobriram que não havia diferença no próprio processo; isso é, ambos ainda obstruídos e desobstruídos em pressões de fluido suficientemente altas. A única diferença era onde os clusters se formaram. As partículas "não pegajosas" tendiam a ficar presas apenas em passagens estreitas, enquanto os pegajosos pareciam ser capazes de ficar presos em qualquer superfície do meio sólido que encontraram. Como resultado dessa dinâmica, agora está claro que mesmo as partículas "pegajosas" podem se espalhar por grandes áreas e por centenas de poros.

No papel, os pesquisadores descrevem o bombeamento de micropartículas de poliestireno fluorescente e fluido através de uma mídia porosa transparente desenvolvida no laboratório de Datta, e então observar o movimento das micropartículas no microscópio. O poliestireno é a micropartícula de plástico que compõe o isopor, que geralmente é jogado no solo e nos cursos d'água por meio de materiais de transporte e contêineres de fast food. A mídia porosa que eles criaram imita de perto a estrutura da mídia que ocorre naturalmente, incluindo solos, sedimentos, e aquíferos subterrâneos.

Normalmente, os meios porosos são opacos, portanto, não se pode ver o que as micropartículas estão fazendo ou como fluem. Os pesquisadores geralmente medem o que entra e sai da mídia, e tente inferir os processos que estão acontecendo lá dentro. Ao fazer mídia porosa transparente, os pesquisadores superaram essa limitação.

"Datta e seus colegas abriram a caixa preta, "disse Philippe Coussot, um professor da Ecole des Ponts Paris Tech e um especialista em reologia que não é afiliado ao estudo.

"Descobrimos truques para tornar a mídia transparente. Então, usando micropartículas fluorescentes, podemos observar sua dinâmica em tempo real usando um microscópio, "disse Datta." O bom é que podemos realmente ver o que as partículas individuais estão fazendo sob diferentes condições experimentais. "

O estudo, que Coussot descreveu como uma "abordagem experimental notável, "mostrou que, embora as micropartículas de isopor tenham ficado presas em alguns pontos, eles finalmente foram liberados, e percorreu toda a extensão da mídia durante o experimento.

O objetivo final é usar essas observações de partículas para melhorar os parâmetros de modelos em escala maior para prever a quantidade e a localização da contaminação. Os modelos seriam baseados em vários tipos de meios porosos e vários tamanhos de partículas e substâncias químicas, e ajudar a prever com mais precisão a contaminação sob vários tipos de irrigação, chuva, ou condições de fluxo ambiente. A pesquisa pode ajudar a informar modelos matemáticos para entender melhor a probabilidade de uma partícula se mover por uma certa distância e chegar a um destino vulnerável, como uma fazenda próxima, rio ou aquífero. Os pesquisadores também estudaram como a deposição de partículas microplásticas afeta a permeabilidade do meio, incluindo a facilidade com que a água para irrigação pode fluir através do solo quando as micropartículas estão presentes.

Datta disse que esse experimento é a ponta do iceberg em termos de partículas e aplicações que os pesquisadores agora podem estudar. "Agora que encontramos algo tão surpreendente em um sistema tão simples, estamos animados para ver quais são as implicações para sistemas mais complexos, "disse Datta.

Ele disse, por exemplo, this principle could yield insight into how clays, minerais, grãos, quartz, vírus, 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, farm, 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, Disse Datta.