I en ny artikel visar forskare vid North Carolina State University att de har bevisat konceptet för ett system som – i en enda cykel – aktivt avlägsnar mikroplaster från vatten.
Resultaten, som beskrivs i tidskriften Advanced Functional Materials, innebär en potential för framsteg när det gäller att rena hav och andra vattendrag från små plastpartiklar som kan skada människors hälsa och miljön.
”Tanken bakom det här arbetet är: Kan vi tillverka rengöringsmaterial i form av mjuka partiklar som självdispergerar i vatten, fångar upp mikroplaster när de sjunker och sedan återvänder till ytan med de infångade mikroplastföroreningarna?”, säger Orlin Velev, S. Frank and Doris Culberson Distinguished Professor of Chemical and Biomolecular Engineering vid NC State och korresponderande författare till artikeln.
”Vi har visat hur flera principer kan integreras i ett system som fungerar i en enda cykel.”
Forskningen börjar med mjuka dendritiska kolloider – unika, hierarkiskt förgrenade mjuka partiklar med distinkta egenskaper som förmågan att fästa på nästan vilken yta som helst – som kan skapas av en mängd olika polymerer.
Velev och doktoranden Haeleen Hong, som är artikelns försteförfattare, menar att dessa partiklars klibbiga natur kan locka till sig mikroplaster och fånga upp dem – även under våta och salta förhållanden, som i havsvatten.
”De renande partiklarna i denna forskning är tillverkade av kitosan, en biologiskt nedbrytbar polymer som härstammar från kitin, som kommer från bearbetat skaldjursavfall”, säger Velev. Han tillägger att processen blir mer hållbar genom att man använder miljösäkra material som redan kommer från havet.
Mikrorengöringsmedel lockar till sig och fångar upp mikroplaster i vatten. Foto: Haeleen Hong / NC State University.
Mjuka dendritiska kolloider tar formen av små pellets när de torkas i droppar som hänger över en vattenavvisande yta. När de tappas i vatten separeras partiklarna i pelletsen och sprids ut för att jaga mikroplaster. Men först tillför forskarna lite eugenol, en växtbaserad olja, på en del av pelletsen som ett dispergeringsmedel.
”Oljan får pelletsen att röra sig i vattnet genom den så kallade ’kamferbåtseffekten’, som minskar ytspänningen på ena sidan av pelletsen och driver den framåt. Detta gör att våra mikrorengöringsmedel kan spridas över ett större område och fånga upp mikroplaster när de rör sig och sjunker”, säger Hong.
För att mikrorengöringsmedlen ska kunna återvända till vattenytan innehåller de också små magnesiumpartiklar som gör att de bubblar upp och stiger till ytan när de reagerar med vatten.
För att fördröja denna återresa täcker forskarna magnesiumet med ett miljösäkert gelatinskikt som blockerar magnesiumets reaktion med vatten. I princip fördröjer tjockare lager av gelatin partiklarna från att stiga till ytan, vilket gör att mikrorengöringsmedlen kan plocka upp mer mikroplast när de virvlar och sjunker i vattnet.
”När gelatinet löses upp genererar magnesiumet bubblor och mikrorengöringsmedlen stiger, vilket gör att de infångade plastpartiklarna kommer upp till ytan i en tät, smutsig blandning”, säger Hong.
Artikeln visar att partiklarna kan ”simma” och samla mikroplaster i upp till 30 minuter. De mikroplastladdade mikrorengöringsmedlen som har flutit upp till vattenytan kan sedan samlas upp genom skumning.
”Potentiellt kan det uppsamlade skummet bioprocessas till mer kitosan, som sedan kan användas för att skapa fler mikrorengöringsmedel för att fånga upp fler mikroplaster”, säger Velev. Att skala upp processen kommer att kräva ytterligare undersökningar, säger forskarna.
Rachel Bang, tidigare doktorand vid NC State, var medförfattare till artikeln tillsammans med Lucille Verster, nuvarande doktorand vid NC State.
Mer information om artikeln: Designing of self-dispersing soft dendritic microcleaners for microplastics capture and recovery, Advanced Functional Materials (2025). DOI: 10.1002/adfm.202423494. advanced.onlinelibrary.wiley.c … .1002/adfm.202423494
