普林斯顿大学 信用:Unsplash/CC0公共领域 如今，塑料污染无处不在，包括南极洲在内的全球自然环境中都发现了来自一次性物品的微塑料颗粒
但是这些粒子是如何在环境中移动和积累的却知之甚少
现在，普林斯顿大学的一项研究揭示了微塑料(如聚苯乙烯泡沫塑料)和颗粒污染物通过土壤和其他多孔介质长距离传播的机制，这对于防止污染物在食物和水源中的传播和积累具有重要意义
这项研究发表在11月13日的《科学进展》杂志上，揭示了微塑料颗粒在穿过土壤和沉积物等多孔材料时会被卡住，但随后会脱离，并经常继续大幅移动
苏吉特·达塔是化学和生物工程的助理教授，同时也是安德林格能源与环境中心、高草场环境研究所和普林斯顿材料科学与技术研究所的联合教员
此前，研究人员认为，当微粒被卡住时，它们通常会留在那里，这限制了对微粒扩散的理解
达塔领导的研究小组发现，当流体流过介质的速度保持足够高时，微粒就会被推开
普林斯顿的研究人员表明，沉积过程，或木屐的形成，和侵蚀，它们的破裂，是周期性的；堵塞物形成，然后随着时间和距离的推移被流体压力打破，使颗粒进一步穿过孔隙空间，直到堵塞物重新形成
达塔说:“我们不仅发现了这些粒子被卡住、堵塞、堆积然后被挤过的酷动态，而且这一过程使粒子能够扩散到比我们想象的更远的地方。”
该团队包括普林斯顿材料科学与技术研究所博士后研究员纳维德·比兹马克、研究生乔安娜·施耐德和化学与生物工程教授兼创新副院长罗德尼·普里斯特利
他们测试了两种类型的粒子，“粘性的”和“不粘性的”，这两种粒子与在环境中发现的实际类型的微塑料相对应
令人惊讶的是，他们发现过程本身并没有什么不同；也就是说，两者在足够高的流体压力下仍然会堵塞和疏通
唯一的区别是集群在哪里形成
“不粘”的粒子往往只在狭窄的通道中被卡住，而粘的粒子似乎能够被它们遇到的固体介质的任何表面卡住
作为这些动力学的结果，现在很清楚，即使是“粘性”粒子也可以扩散到大面积和数百个孔中
在这篇论文中，研究人员描述了将荧光聚苯乙烯微粒和液体泵入达塔实验室开发的透明多孔介质，然后在显微镜下观察微粒的移动
聚苯乙烯是组成聚苯乙烯泡沫塑料的塑料微粒，它经常通过运输材料和快餐容器散落在土壤和水道中
他们创造的多孔介质与自然形成的介质结构非常相似，包括土壤、沉积物和地下蓄水层
通常多孔介质是不透明的，所以人们看不到微粒在做什么或它们是如何流动的
研究人员通常测量媒体的进出，并试图推断内部的过程
通过制造透明的多孔介质，研究人员克服了这一局限
研究表明，在这里被描述为绿色颗粒的塑料是如何在土壤和其他物质中长距离移动的，经过一个反复卡住然后释放的过程
学分:普林斯顿大学/达塔实验室 “达塔和他的同事们打开了黑匣子，”菲利普·库索特说，他是巴黎庞特理工学院的教授，也是与这项研究无关的流变学专家
“我们想出了让媒体透明的办法
然后，通过使用荧光微粒，我们可以用显微镜实时观察它们的动态，”达塔说
“好的一面是，我们实际上可以看到单个粒子在不同的实验条件下在做什么
" 这项被库索特描述为“卓越的实验方法”的研究表明，尽管聚苯乙烯泡沫塑料微粒确实会在某些点上卡住，但它们最终会被推开，并在实验过程中在介质的整个长度上移动
最终目标是利用这些粒子观测来改善更大规模模型的参数，以预测污染的数量和位置
该模型将基于不同类型的多孔介质和不同的颗粒大小和化学成分，有助于更准确地预测各种灌溉、降雨或环境流动条件下的污染
这项研究有助于为数学模型提供信息，从而更好地理解粒子移动一定距离并到达更容易到达的目的地(如附近的农田、河流或含水层)的可能性
研究人员还研究了微塑料颗粒的沉积如何影响介质的渗透性，包括当微粒存在时，灌溉用水可以多么容易地流过土壤
达塔说，就研究人员现在可以研究的粒子和应用而言，这个实验只是冰山一角
“现在我们在一个如此简单的系统中发现了如此令人惊讶的东西，我们很高兴看到这对更复杂的系统有什么影响，”达塔说
他说，例如，这个原理可以让我们深入了解粘土、矿物、颗粒、石英、病毒、微生物和其他粒子是如何在具有复杂表面化学性质的介质中运动的
这些知识还将帮助研究人员了解如何部署工程纳米粒子来修复受污染的地下水层，这些地下水层可能是从制造厂、农场或城市废水流中泄漏出来的
达塔说，除了环境修复，这些发现还适用于一系列行业的过程，从药物输送到过滤机制，有效地适用于颗粒在其中流动和积累的任何介质
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
