Los plásticos son omnipresentes en nuestra sociedad, se encuentran en envases y botellas y constituyen más del 18% de los desechos sólidos en los vertederos. Muchos de estos plásticos también llegan a los océanos, donde tardan cientos de años en descomponerse en pedazos que pueden dañar la vida silvestre y el ecosistema acuático.
Un equipo de investigadores, dirigido por Young-Shin Jun, profesor de ingeniería energética, ambiental y química en la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis, analizó cómo la luz descompone el poliestireno, un plástico no biodegradable del cual se empaquetan los cacahuates, DVD Se fabrican estuches y utensilios desechables. Además, descubrieron que las partículas nanoplásticas pueden desempeñar un papel activo en los sistemas ambientales. En particular, cuando se exponen a la luz, los nanoplásticos derivados del poliestireno facilitaron inesperadamente la oxidación de iones de manganeso acuosos y la formación de sólidos de óxido de manganeso que pueden afectar el destino y el transporte de contaminantes orgánicos en sistemas de agua naturales y de ingeniería.
La investigación, publicada en ACS Nano El 27 de diciembre de 2022 mostró cómo la reacción fotoquímica de los nanoplásticos a través de la absorción de luz genera radicales peroxilo y superóxido en las superficies de los nanoplásticos e inicia la oxidación del manganeso en sólidos de óxido de manganeso.
«A medida que se acumulan más desechos plásticos en el entorno natural, aumentan las preocupaciones sobre sus efectos adversos», dijo Jun, quien dirige el Laboratorio de Nanoquímica Ambiental. «Sin embargo, en la mayoría de los casos, nos han preocupado las funciones de la presencia física de los nanoplásticos en lugar de sus funciones activas como reactivos. Descubrimos que partículas de plástico tan pequeñas que pueden interactuar más fácilmente con sustancias vecinas, como metales pesados y compuestos orgánicos. contaminantes, y puede ser más reactivo de lo que pensábamos anteriormente».
Jun y su exalumna, Zhenwei Gao, quien obtuvo un doctorado en ingeniería ambiental en WashU en 2022 y ahora es becaria posdoctoral en la Universidad de Chicago, demostraron experimentalmente que los diferentes grupos funcionales superficiales en los nanoplásticos de poliestireno afectaban las tasas de oxidación del manganeso al influir en la generación de radicales altamente reactivos, radicales peroxilo y superóxido. La producción de estas especies reactivas de oxígeno a partir de nanoplásticos puede poner en peligro la vida marina y la salud humana y afectar potencialmente la movilidad de los nanoplásticos en el medio ambiente a través de reacciones redox, lo que a su vez podría tener un impacto negativo en su remediación ambiental.
El equipo también analizó los efectos del tamaño de los nanoplásticos de poliestireno en la oxidación del manganeso, utilizando partículas de 30 nanómetros, 100 nanómetros y 500 nanómetros. Las dos nanopartículas de mayor tamaño tardaron más en oxidar el manganeso que las partículas más pequeñas. Eventualmente, los nanoplásticos estarán rodeados por fibras de óxido de manganeso recién formadas, lo que puede hacer que se agreguen fácilmente y pueden cambiar su reactividad y transporte.
«El tamaño de partícula más pequeño de los nanoplásticos de poliestireno puede descomponerse y liberar materia orgánica más fácilmente debido a su mayor área de superficie», dijo Jun. «Esta materia orgánica disuelta puede producir rápidamente especies reactivas de oxígeno a la luz y facilitar la oxidación del manganeso».
«Este trabajo experimental también proporciona información útil sobre la nucleación heterogénea y el crecimiento de sólidos de óxido de manganeso en tales sustratos orgánicos, lo que beneficia nuestra comprensión de las ocurrencias de óxido de manganeso en el medio ambiente y la síntesis de materiales de ingeniería», dijo Jun. «Estos sólidos de manganeso son excelentes carroñeros de especies activas redox y metales pesados, lo que afecta aún más el ciclo redox de los elementos geoquímicos, la mineralización del carbono y los metabolismos biológicos en la naturaleza».
El equipo de Jun planea estudiar el desglose de diversas fuentes plásticas comunes que pueden liberar nanoplásticos y especies oxidantes reactivas e investigar sus funciones activas en la oxidación de iones de metales pesados y de transición en el futuro.
La financiación para esta investigación fue proporcionada parcialmente por la Fundación Nacional de Ciencias (CHE-1905077) y la Academia Internacional de Becarios McDonnell en la Universidad de Washington en St. Louis.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad de Washington en St. Louis. Original escrito por Beth Miller. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
