Исследование концентрации полимеров в смешанном микропластике с использованием 2D и 3D рамановского картирования.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 7771 (2023) Цитировать эту статью

413 Доступов

5 Альтметрика

Подробности о метриках

Комбинация различных полимеров в виде смесей пластиков уже давно используется в индустрии пластмасс. Тем не менее анализ микропластиков (МП) в основном ограничивался изучением частиц из однотипных полимеров. Соответственно, два члена семейства полиолефинов (ПО), то есть полипропилен (ПП) и полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), смешиваются и широко изучаются в этой работе из-за их применения в промышленности, а также из-за их широкого распространения в окружающей среде. Показано, что двумерное рамановское картирование предоставляет информацию только о поверхности смешанных МП (B-MP). В то время как дополнительный трехмерный объемный анализ необходим для полного понимания присутствия различных полимеров в таких сложных образцах. Поэтому 3-D рамановское картирование применяется для визуализации морфологии распределения полимеров внутри B-MP вместе с количественной оценкой их концентраций. Параметр, определяемый как ошибка оценки концентрации (CEE), оценивает точность количественного анализа. Кроме того, исследовано влияние четырех длин волн возбуждения 405, 532, 633 и 785 нм на полученные результаты. Наконец, введено применение линейного профиля лазерного луча (линейного фокуса) для сокращения времени измерения с 56 до 2 часов.

Без сомнения, пластмассы являются одними из самых полезных материалов для современной промышленности. Однако в последние годы этот экономически чистый материал оказался потенциальной угрозой для нашей окружающей среды1. Большое внимание было уделено исследованию пластикового загрязнения, которое выявило поразительные данные. Показано, что в субтропических водах между Калифорнией и Гавайями за последние годы образовался большой остров пластиковых отходов площадью 1,6 млн км2, почти в три раза превышающий площадь Франции2. Несомненно, при нынешней тенденции потребления и отсутствии надлежащих методов утилизации и переработки пластиковых отходов проблема еще больше обострится в ближайшие годы. Например, по оценкам, к 2050 году в окружающей среде будет присутствовать 12 000 миллионов метрических тонн пластиковых отходов3. Кроме того, отчеты показывают наличие пластиковых частиц, обычно называемых микропластиком (МП), в воздухе, которым мы дышим4. , в еде, которую мы едим5, в воде, которую пьем6, и даже в нашем теле7. Фактически, эти крошечные MP (1–5 мм) в основном являются результатом фрагментации более крупных пластиковых частиц под воздействием различных факторов, таких как выветривание, эрозия, трение и ультрафиолетовое (УФ) освещение, и это лишь некоторые из них, которые, наконец, найти свой путь в нашу повседневную жизнь8,9,10.

Большинство исследований, посвященных анализу микропластика в окружающей среде, в основном сосредоточены на наличии однотипных пластиков, таких как полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), полистирол (ПС) и т. д.11,12,13. Принимая во внимание, что адаптация физико-химических характеристик полимеров для конкретного применения уже давно является общепринятой областью исследований14. Используя этот подход, были получены полимеры с желаемыми характеристиками, не вкладывая слишком много усилий в изобретение совершенно нового полимера, что делает его привлекательным для коммерческих целей со значительным объемом рынка и темпами производства15. Например, простое смешивание в расплаве полиолефинов (ПО), которые составляют большое семейство широко используемых полимеров, таких как ПП, ПЭ, ПЭ низкой плотности (ПЭВД) и ПЭ высокой плотности (ПЭВП), было практическим подходом к улучшению механические свойства конечной продукции без добавления каких-либо добавок, улучшающих совместимость15,16. Однако улучшенные механические свойства могут еще больше увеличить необходимое время разложения таких пластиковых отходов, которое, как сообщается, превышает сотни лет для пластиков одного типа17. Удивительно, но ПО являются одними из наиболее часто обнаруживаемых типов МП в окружающей среде5,12. При этом только одна группа недавно исследовала присутствие композитного микропластика в окружающей среде18. Авторы применили трехмерное рамановское картирование к композитному микропластику, состоящему из ламинированных слоев полимера и волокна, чтобы повысить надежность идентификации. Однако полимеры можно использовать в виде смешивающихся и несмешивающихся смесей, имеющих более сложный состав19,20. Надежная идентификация различных типов полимеров, присутствующих в таких сложных образцах, вместе с их количественным анализом может иметь большое значение в полевых условиях, например, при разработке стандартизированного протокола анализа микропластиков12,21. Кроме того, сообщалось, что изучение смесей пластиков увеличит возможности их переработки, поскольку в процессе переработки могут образовываться различные смеси22.