Маски для лица, которые носили и выбрасывали во время пандемии COVID-19, имеют неопределённую судьбу. Их физическое воздействие на окружающую среду и способность улавливать организмы в экосистемах вызывают серьёзную озабоченность. Однако это не единственные проблемы. Новое исследование показывает, что окружающая среда может изменять химическую природу материалов масок так же, как эти материалы могут изменять окружающую среду.
Одноразовые маски для лица, изготовленные из полипропилена, могут разлагаться под воздействием солнечного света на микро- и нанопластик, образуя активные формы кислорода — высокоактивные окислители, которые могут окислять другие компоненты окружающей среды и вызывать неожиданные реакции.
Недавнее исследование, проведённое инженерами Вашингтонского университета в Сент-Луисе под руководством Ён-Шин Джун, профессора энергетики, окружающей среды и химической инженерии в Инженерной школе Маккелви, подчёркивает многогранную проблему загрязнения, создаваемую выброшенными масками для лица.
Пин-И (Деннис) Чоу и Чжэньвэй Гао, выпускники Инженерной школы Маккелви, являются соавторами работы, опубликованной в Journal of Hazardous Materials. Их исследование началось с простого вопроса: что происходит со всеми этими выброшенными масками?
Исследование даёт новое представление о значительных химических изменениях, которые происходят, когда маски для лица подвергаются воздействию солнечного света, воды и ионов следовых металлов.
Маски разлагаются на нанопластик и образуют активные формы кислорода, — говорит Джун. Эти вновь образованные высокореактивные окислители взаимодействуют с ионами металлов, вызывая быстрое образование оксида марганца на пластиковых частицах, — объясняет Джун.
Она добавила, что в этом исследовании оценивались ионы марганца из-за их распространённости в окружающей среде и применимости к другим высокочувствительным следовым элементам.
«Эти химические реакции могут изменить реакционную способность и перенос материалов масок, — сказала Джун, — и, таким образом, изменится и их распределение — то, что обычно упускают из виду».
Воздействие масок на окружающую среду вызывает обеспокоенность, учитывая оценку 2020 года, согласно которой в океан попало 1,56 миллиона масок для лица. Марганец и железо запускают различные биогеохимические реакции и влияют на химию поверхности этих материалов. Взаимодействие этих «окислительно-восстановительных элементов» с пластиковыми материалами может повлиять на судьбу как пластика, так и ионов следовых металлов.
«Они могут изменить судьбу ионов следовых металлов, и одновременно ионы следовых металлов могут изменить судьбу микропластика», — добавила Джун.
Среди их выводов: воздействие солнечного света необходимо для ультрабыстрого образования оксида марганца. В будущем Джун и её исследовательская группа изучат, как органические компоненты в водной среде влияют на трансформацию и перенос загрязняющих веществ из масок для лица. Её также интересует, как биоплёнки микробов взаимодействуют с покрытыми металлом нанопластиками и какова роль различных полимерных структур в пластиковых отходах в изменении судьбы и переноса этих реактивных ионов металлов.
Она подчеркнула важность осведомлённости, отметив, что, хотя мусор можно быстро убрать с глаз долой, его нельзя убирать из головы.
«Отказ от пластика и его забвение — это не решение. Пластмассы не только наносят физический ущерб, но и вносят химические изменения в экологические системы», — сказала Джун.
«Лучшее понимание реакций на наномасштабных границах раздела между пластиками и водной средой является ключом к решению этой проблемы, и это может принести некоторые неожиданные преимущества», — сказала она.
Принципы химических реакций, открытые здесь, могут помочь в разработке устойчивых энергетических материалов. Понимание того, как марганец и полимеры взаимодействуют, может помочь в разработке более совершенных суперконденсаторных накопителей энергии или электродных материалов.
Её конечная цель — преобразовать знания, полученные её командой при изучении мусора, в создание ценных сокровищ, «особенно экологически чистых и энергоэффективных энергетических материалов», — добавила Джун.
Предоставлено Вашингтонским университетом в Сент-Луисе.