Японские ученые разработали эффективное устройство для сбора микропластика
Устройство для сбора микропластика (МП) на основе последовательного акустического разделения без рециркуляции, обеспечивающее 105-кратное обогащение МП, разработала группа исследователей Университета Синсю, 15 апреля сообщает сайт новостей науки EurekAlert со ссылкой на пресс-службу университета.
Результаты исследования работы устройства авторы представили в статье «Устройство для сбора микрочастиц различного размера, использующее четыре последовательных акустических разделения: работа над предотвращением выброса микропластика», опубликованной в журнале Separation and Purification Technology.
Микропластиком (МП) называют частицы пластикового мусора размером менее 5 мм, создавшие в последнее время на Земле серьезную экологическую проблему. Источником микропластика являются разрушающиеся под действием солнца пластиковые отходы со свалок, отходы синтетического волокна в сточных водах прачечных, а также микрогранулы косметических продуктов.
Все они адсорбируют и выделяют вредные химические вещества, загрязняющие окружающую среду. По данным экспертов, к 2050 году объем МП в океанах может превысить объем рыбы. Поэтому сбор и удаление МП из воды имеют решающее значение для экологии.
Традиционным методом удаления МП из воды является фильтрация через сетки. При этом отфильтрованный МП необходимо удалять вручную, что требует больших трудовых и временных затрат. При этом сетки легко забиваются, требуя частого и достаточно дорогого обслуживания, а также пропускают частицы размером меньше их отверстий.
Чтобы исключить эти проблемы, группа исследователей под руководством профессора Йошитаке Акиямы с кафедры машиностроения и робототехники факультета текстильных наук и технологий Университета Синсю разработала микрожидкостное устройство с высоким обогащением для МП 10–200 мкм.
Микрожидкостное устройство представляет собой систему каналов микрометрового размера, в которой для сбора МП используется акустическая фокусировка. Акустическое устройство генерирует ультразвуковые волны, которые переносят МП к центру потока жидкости, тем самым обогащая ее, т. е. увеличивая собранное количество МП.
Существующие в настоящее время микрожидкостные устройства требуют для высокого обогащения МП многократной рециркуляции жидкости. Поэтому команда Акиямы разработала новую конструкцию такого устройства.
«Предлагаемое нами микрожидкостное устройство, разработанное на основе гидравлически-электрической аналогии, имеет три микроканала шириной 1,5 мм, соединенных через четыре последовательных тройных соединения шириной 0,7 мм. МП выравниваются по центру среднего микроканала с помощью объемной акустической волны с резонансной частотой 500 кГц. В результате на каждом стыке должно происходить обогащение МП в 3,2 раза, что приводит к 105-кратному общему обогащению устройства», — рассказал профессор Акияма.
Таким образом, МП собираются в средней ветви тройчатых соединений, а оставшаяся жидкость без МП удаляется из других ветвей.
Ученые оценили производительность устройства по сбору МП, измерив общую скорость сбора микрочастиц диаметром 5, 10, 15, 25, 50 и 200 мкм. Для всех микрочастиц, кроме 5 мкм, которые были слишком малы для акустического контроля, уровень сбора превышал 90%.
Эксперимент показал, что некоторые микрочастицы пластика замедляют и забивают стенки микроканалов устройства силой акустического излучения, поэтому исследователи решили ввести в процесс очистки предварительную фильтрацию и улучшить 2D-фокусировку ультразвуком.
«Это предлагаемое микрожидкостное устройство, основанное на акустической фокусировке, может эффективно, быстро и непрерывно собирать микрочастицы размером 10–200 мкм без рециркуляции после предварительной фильтрации более крупных частиц через сетку. Его можно устанавливать в стиральных машинах, фабриках и других источниках МП для эффективного удаления МП различного размера из хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод. Это позволит предотвратить выброс МП в окружающую среду», — дал характеристику новому устройству профессор Акияма.
