Екологічні аспекти відновлення довкілля: нанотехнології видалення з води мікро- та нанопластиків
DOI:
https://doi.org/10.32402/dovkil2023.04.060Ключові слова:
нанопластики, мікропластики, забруднення, плазмохімічна обробка, сорбціяАнотація
Мета дослідження: – узагальнення наявних підходів щодо очищення води, що містить мікро- та нанопластики, а також розробка нового ефективного методу такого очищення для зменшення впливу мікро- та нанопластиків на навколишнє середовище та здоров'я людини. Матеріали та методи дослідження: Об'єкт дослідження – зразки стічної води поліграфічного виробництва, що, крім інших полютантів, містила мікро- та нанопластики. Застосовано методи дослідження – інформаційні, ІЧ-спектрометричні, термогравіметричні, рентгенівська дифрактометрія. Результати: проведено аналіз сучасного стану видалення мікро- і нанопластиків з забруднених вод. Узагальнено наявні підходи щодо очищення води, яка містить мікро- та нанопластики. Визначено якісний склад нанопластиків – поліаміди, полііміди, поліоксидіазол, фторопласт. Застосування термообробки дозволило виявити у складі води термостійкі пластики (поліоксидіазол, фторопласт. Застосування тільки сорбційного (з використанням сорбентів на основі терморозширеного графіту), або тільки плазмохімічного способів недостатньо ефективне. Розглянуто механізм активації поверхні частинок мікропластику в умовах високовольтного розряду у присутності гумінових кислот, адсорбованих на поверхні смектитів. Розроблено комплексний плазмохімічний спосіб очищення забруднених вод, який дозволяє ефективно видаляти мікро- і нанопластики з водного середовища. Висновки: Сучасна екологічна ситуація щодо забруднення водного середовища є надзвичайно несприятливою та характеризується зростаючим забрудненням мікро- та нанопластиками у поєднанні з різнорідними токсичними речовинами. Через значні сорбуючі властивості посилюється токсичний вплив мікро- та нанопластиків на природне середовище і здоров'я людини. Видалення мікро- та нанопластиків і супутніх полютантів є нагальною проблемою сучасності. Отримані результати дозволили розробити комплексний плазмохімічний спосіб очищення забруднених вод від мікро- і нанопластиків, який передбачає плазмохімічну обробку забрудненої мікро- і нанопластиками рідини, до якої попередньо додано водну дисперсію модифікованих гуміновими речовинами високодисперсних смектитів, що в результаті призводить до утворення магніточутливих агрегатів з включенням мікро- і нанопластиків, які можуть бути видалені магнітною сепарацією. Застосування цього методу є перспективним для очищення води від різнорідних мікро- і нанопластиків у поєднанні з органічними забруднювачами, важкими металами та іншими речовинами, які мають потенційний екологічний ризик.Завантажити
Посилання
1. Assis GC, Antonelli R, Dantas AO, Acsc T. Microplastics as hazardous pollutants: occurrence, effects, removal and mitigation by using plastic waste as adsorbents and supports for photocatalysts. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2023 Sep: 111107. https://doi.org/10.1016/j.jece.2023.111107
2. Smith M, Love DC, Rochman CM, Neff RA. Microplastics in seafood and the implications for human health. Current Environmental Health Reports. 2018 Aug 16; 5(3):375-86. https://doi.org/10.1007/s40572-018-0206-z
3. Khan A, Jia Z. Recent Insights into Uptake, Toxicity, and Molecular Targets of microplastics and nanoplastics relevant to Human health impacts. IScience. 2023 Jan:106061. https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.106061
4. FAO. Microplastics in fisheries and aquaculture: status of knowledge on their occurrence and implications for aquatic organisms and food safety. Rome: Food and Agriculture Organization of the United Nations; 2017. 147 p.
5. Al Mamun A, Prasetya TA, Dewi IR, Ahmad M. Microplastics in human food chains: food becoming a threat to health safety. Science of the Total Environment. 2022 Oct:159834. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.159834
6. DSTU HOST No. 31859:2018. Voda. Vyznachennia khimichnoho pohlynannia kysniu [Water. Determination of chemical absorption of oxygen] (HOST 31859-2012, IDT; ISO 15705:2002, NEQ). Ukrainian
7. Schymanski D, OЯmann BE, Benismail N, Boukerma K, Dallmann G, von der Esch E, Fischer D, Fischer F, et al. Analysis of microplastics in drinking water and other clean water samples with micro-Raman and micro-infrared spectroscopy: minimum requirements and best practice guidelines. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 2021 Jul 20; 413(24):5969-94. https://doi.org/10.1007/s00216-021-03498-y
8. Chen J, Wu J, Sherrell PC, Chen J, Wang H, Zhang W, Yang J. How to build a microplastics–free environment: strategies for microplastics degradation and plastics recycling. Advanced Science. 2022 Jan 6;9(6):2103764. https://doi.org/10.1002/advs.202103764
9. Hamzah S, Ying LY, Azmi AA, Razali NA, Hairom NH, Mohamad NA, Harun MH. Synthesis, characterisation and evaluation on the performance of ferrofluid for microplastic removal from synthetic and actual wastewater. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2021 Oct;9(5):105894. https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.105894
10. Elmaci G. Microwave-assisted rapid synthesis of C@Fe3O4 composite for removal of microplastics from drinking water. Adэyaman University Journal of Science. 2020 Jun 25. https://doi.org/10.37094/adyujsci.739599
11. Wan H, Wang J, Sheng X, Yan J, Zhang W, Xu Y. Removal of polystyrene microplastics from aqueous solution using the metal–organic framework material of ZIF-67. Toxics. 2022 Feb 4;10(2):70. https://doi.org/10.3390/toxics10020070
12. Wang J, Sun C, Huang QX, Chi Y, Yan JH. Adsorption and thermal degradation of microplastics from aqueous solutions by Mg/Zn modified magnetic biochars. Journal of Hazardous Materials. 2021 Oct; 419:126486. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126486
13. Tang Y, Zhang S, Su Y, Wu D, Zhao Y, Xie B. Removal of microplastics from aqueous solutions by magnetic carbon nanotubes. Chemical Engineering Journal. 2021 Feb;406:126804. https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.126804
14. Zabulonov Yu, Kadoshnikov V, Melnychenko T, Puhach O, Lytvynenko Yu, Shkapenko V, Odukalets L, inventors. [The method of removing non-polar organic liquids from the surface of natural water bodies and from man-made polluted waters using a complex magnetically sensitive nanosorbent]. Ukrainian patent 77123. 2021 Jan 13. Ukrainian
15. Zabulonov Yu, Melnychenko T, Kadoshnikov V, Kyselov Yu, Odukalets L, Puhach O, Molochko V, inventors. [The method of obtaining a magnetically sensitive nanosorbent]. Ukrainian patent 152970. 2023 May 3. Ukrainian
16. Zhou L, Wang T, Qu G, Jia H, Zhu L. Probing the aging processes and mechanisms of microplastic under simulated multiple actions generated by discharge plasma. Journal of Hazardous Materials. 2020 Nov; 398:122956. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.122956
17. Kluknavskб J. Elimination of nanoplastics by cavitation and advanced oxidation processes. Brno; 2021. 41 p.
18. Kundu A, Shetti NP, Basu S, Raghava Reddy K, Nadagouda MN, Aminabhavi TM. Identification and removal of micro- and nano-plastics: efficient and cost-effective methods. Chemical Engineering Journal. 2021 Oct; 421:129816. https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.129816
19. [Study of the structure and properties of polytetrafluoroethylene reinforced with Arcelon fiber]. Polimernyi zhurnal. 2017; 39(3):171-6. Russian
20. Liu P, Dong L, Wu L, Zeng L, Xu J. Structure and properties of halogen-free flame retardant and phosphorus-containing aromatic poly(1,3,4-oxadiazole)s fiber. RSC Advances. 2019; 9(13):7147-55. https://doi.org/10.1039/c8ra10071c
21. Zabulonov YL, Burtniak VM, Odukalets LA, Alekseeva OV, Petrov SV. [Plasmachemical plant for NPP drain water treatment]. Science and innovation. 2018 Dec 3;14(6):93-101. Ukrainian https://doi.org/10.15407/scin14.06.093
22. Lobanova GL, Yurmazova TA, Shiyan LN, Machekhina KI. Electropulse treatment of water solution of humic substances in a layer iron granules in process of water treatment. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016 Feb 23;110:012098. https://doi.org/10.1088/1757-899x/110/1/012098
23. Goncharuk VV, Klishchenko RY, Kornienko IV. Destruction of surfactants and humic substances in plazma-chemical reactor. Research Bulletin of the National Technical University of Ukraine "Kyiv Politechnic Institute". 2018 Sep 11;(4):85-90. https://doi.org/10.20535/1810-0546.2018.4.141259
24. Zabulonov Yu, Melnychenko T, Kadoshnikov V, Nikolenko V, Puhach O, Odukalets L, Kuzenko S, inventors. [A complex plasma-chemical method of cleaning polluted waters from micro- and nanoplastics]. Ukrainian patent 152545. 2023 Mar 18. Ukrainian
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 Довкілля та здоров'я
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
