声学聚焦可积聚水中的微塑料

2019-12-13  来源:中国化工联盟网
 

 
      由于微塑料很难从环境中清除,因此最近受到了广泛的关注。目前,筛分和过滤是捕获水中微塑料的主要方法。但是,这是不切实际的,因为过滤器容易堵塞并且需要定期清洁或更换。另一个问题是,不可能收集小于0.3毫米(网眼浮游生物净孔径大小)的东西。这是不幸的,因为引起破坏的大多数微塑料都比这种塑料小,对生态和生物系统的影响未知。
 
      已经设计出一种有前途的收集这种微塑料的新方法,该方法利用声学将它们收集在水中。设计并制造了一个体声波(BAW)装置,该装置可以引导微塑料,将它们收集在中间通道中,而水则从两侧通道中流出。这项研究的主意是在纺织科学与技术学院专门从事环境分析的森浩弘教授问到该研究的第一作者秋山芳武副教授是否从工程的角度出发解决水中的微塑料的。
 
      研究人员关注的事实是,我们海洋中最大的微塑料来源之一是洗衣机。典型的洗衣机每100升洗涤周期排放约一万根纤维。我们的许多衣服都是用化学纤维制成的,而细小的塑料纤维碎片会在洗衣机中脱落。废水处理厂目前无法捕获微塑料。
 
      研究人员决定创建一种通过压电振动收集微塑料和微塑料纤维的设备。通过以适合于微塑料的长度,直径和可压缩性的力和振幅使用声音,碎屑会聚集在三通道设备的中间。侧面的两个通道排出清洁的水,而微塑料纤维聚集在中间,利用压电元件进行声学聚焦,从而产生声驻波。不同类型的微塑料具有不同类型的密度,体积模量和可压缩性,这导致了不同的声学对比度(ACF)。通过将微通道的宽度选择为水中波长的一半,可以促使粒子聚集在管的中间。大约花了0。
 
      研究人员在为实验准备微塑料时遇到了麻烦:很难制造出合适尺寸的微塑料。最初,他们尝试使用混合机将纤维切成相同的长度,但塑料纤维却无法切割。通过询问纺织部门的同事,研究人员发现了Kanehara绒毛制造商,后者为他们提供了研究所需的材料。 
 
      对于该实验,设计了一个公式来计算针对目标微塑料纤维尼龙6,PET和聚苯乙烯微粒的最佳声聚焦。收集率非常高,当不考虑粘附在墙上的最小颗粒时,PET的收集率为95%,尼龙6的收集率为99%。流体动力使纤维对齐,从而使BAW设备避免堵塞。使用运动分析软件跟踪粒子。为了将来的改进,可以通过使用使粗糙度最小化和阻止粘附的方法来产生微通道的表面。
 
      实际应用和可伸缩性所需的改进包括使用多个具有不同直径的串行和并行通道,并强制捕获所有类型的微塑料。通过添加多个通道(7个三叉通道,意味着3等于7的幂),可以将100升洗衣水毫不费力地浓缩为50 mL,这很容易丢弃或燃烧。该研究使用了现实应用中所期望的最大浓度的微塑性纤维。当前实施的限制是消耗过程将花费很长时间。
 
      通过这项研究,捕获了直径为15μm的PS珠,理论上,该BAW设备能够捕获的PS珠的最小尺寸为4.3μm。修改BAW设备可以捕获较小的珠子。废水中的大多数微塑料的直径为10μm,长度为2至200μm。BAW设备可以成功捕获此类微塑料。为了捕获直径小于100 nm的纳米塑料,声流体技术需要进一步发展。