Нанопластики вырабатывают на свету агрессивные радикалы

Пластмассы повсеместно распространены в нашем обществе: они встречаются в упаковках и бутылках, а также составляют более 18% твердых отходов на свалках.

Множество пластиков также попадает в океаны, где распадается потом сотни лет, причем компоненты наносят вред живой природе и водной экосистеме.

Группа исследователей под руководством Янг-Шин Джуна, профессора энергетики, экологической и химической инженерии в Школе инженеров МакКелви Вашингтонского университета в Сент-Луисе, проанализировала, как свет разрушает полистирол — небиоразлагаемый пластик, из которого делают упаковку для арахиса, футляры для DVD и одноразовую посуду.

Кроме того, они обнаружили, что частицы нанопластика могут играть активную роль в экологических системах. В частности, при воздействии света нанопластики, выделенные из полистирола, неожиданно способствовали окислению водных ионов марганца и образованию твердых частиц оксида марганца, которые могут влиять на судьбу и перенос органических загрязнителей в природных и инженерных водных системах.

Исследование, опубликованное в журнале ACS Nano 27 декабря 2022 года, показало, как фотохимическая реакция нанопластика через поглощение света генерирует пероксильные и супероксидные радикалы на поверхностях нанопластика и запускает окисление марганца с получением твердых частиц оксида марганца.

По мере того, как все больше пластикового мусора накапливается в природной среде, растет обеспокоенность по поводу негативных последствий», — говорит Цзюнь, возглавляющий лабораторию нанохимии окружающей среды.

Однако в большинстве случаев нас беспокоила роль физического присутствия нанопластиков, а не их активная роль в качестве реактивов. Мы обнаружили, что такие маленькие пластиковые частицы легче взаимодействуют с соседними веществами, такими как тяжелые металлы и органические загрязнители, и могут быть более реактивными, чем мы думали ранее.

Цзюнь и ее бывший студент Чжэньвэй Гао, который в 2022 году получил докторскую степень по экологической инженерии в Вашингтонском университете, а сейчас является постдокторантом Чикагского университета, экспериментально продемонстрировали, что различные поверхностные функциональные группы на нанопластиках из полистирола влияют на скорость окисления марганца путем воздействия на генерацию высокореактивных, пероксильных и супероксидных радикалов. Производство этих реактивных видов кислорода может угрожать морской жизни и здоровью человека и потенциально влияет на мобильность нанопластиков в окружающей среде через окислительно-восстановительные реакции, что, в свою очередь, может негативно сказаться на восстановлении окружающей среды.

Команда также изучила влияние размера полистирольных нанопластиков на окисление марганца, используя частицы размером 30, 100 и 500 нанометров. Две наночастицы большего размера дольше окисляли марганец, чем частицы меньшего размера. В конечном итоге нанопластики будут окружены вновь образованными волокнами оксида марганца, что может сделать их легко агрегируемыми и изменить их реакционную способность и транспортировку.

Эта экспериментальная работа также дает полезное представление о гетерогенном зарождении и росте твердых частиц оксида марганца на таких органических подложках, что способствует нашему пониманию распространенности оксида марганца в окружающей среде и синтезу инженерных материалов», — сказал Цзюнь.

Эти твердые вещества марганца являются отличными поглотителями окислительно-восстановительных видов и тяжелых металлов, что в дальнейшем влияет на окислительно-восстановительные циклы геохимических элементов, минерализацию углерода и биологический метаболизм в природе.

07.01.2023