초음파 펄스로 해양 미세플라스틱 제거 가능

Sep 16, 2023

엘리자베스 몬탈바노 | 2023년 4월 19일

바다와 기타 수역에 떠다니는 미세플라스틱은 세계의 엄청난 오염원으로 야생 동물, 환경, 심지어 인간에게도 위협이 됩니다. 이제 연구자들은 이 글로벌 문제에 대한 잠재적인 해결책으로 펄스 음파를 사용하여 플라스틱 입자를 제거하는 개념 증명 장치를 개발했습니다.

뉴멕시코 광업기술연구소(New Mexico Institute of Mining and Technology) 부교수인 Menake Piyasena가 이끄는 팀은 강철 튜브와 펄스 음파로 구성된 2단계 장치를 개발하여 실제 물 샘플에서 폭이 5mm 미만인 작은 플라스틱 입자를 제거할 수 있음을 입증했습니다. .

이 솔루션은 과학자들이 늘어나는 바다의 플라스틱 폐기물 문제를 해결하기 위해 노력하고 있는 여러 가지 방법 중 하나입니다. 미세 플라스틱은 동물이 섭취하고 나중에 인간이 바다에서 물고기를 먹을 때 섭취되고 세척되는 바다의 수많은 플라스틱 폐기물을 나타냅니다. 육지 위로.

오늘날 미세 플라스틱이 얼마나 많이 존재하는지에 대한 예측은 다소 암울합니다. 규슈 대학의 2021년 연구에 따르면 세계 상층 해양에는 약 24조 4000억 개의 미세 플라스틱 조각과 총 무게가 82,000~578,000톤에 달하는 것으로 나타났습니다. 과학자들은 이것이 바다에 미치는 영향을 예측합니다. 문제에 대한 현재의 해결책이 널리 적용된다면 환경은 물론 인간의 건강까지 위협받을 수 있습니다.

Piyasena 팀은 이 문제를 해결하는 데 도움이 되는 발명품을 추가하기를 희망합니다. 미세 플라스틱을 수집하기 위해 초음파를 사용하는 아이디어는 프로젝트의 수석 조사관이 물에서 이러한 플라스틱을 제거하는 문제를 해결하는 방법에 대해 동료와 논의한 결과 나왔다고 그는 말했습니다.

"음향력은 입자를 서로 밀어낼 수 있기 때문에 이를 사용하여 물에 미세 플라스틱을 모아 플라스틱을 더 쉽게 제거할 수 있는지 궁금했습니다."라고 그는 말했습니다.

밝혀진 바와 같이 과학자들은 음파를 사용하여 입자에 에너지를 전달하여 입자가 진동하고 이동한 다음 더 쉽게 수집할 수 있도록 함께 모을 수 있다는 것을 발견했습니다. 실제로 과학자들은 이미 이 개념(시끄러운 음악을 연주하는 스피커가 땅을 흔드는 것과 유사)을 혈장과 같은 액체에서 적혈구와 같은 생물학적 입자를 분리하는 것과 같은 다른 프로세스에 적용했습니다.

처음에 New Mexico Tech 팀은 실험실에서 소량의 순수를 사용하여 준비한 샘플에서 인간 머리카락 너비보다 작은 수십 마이크론 너비의 미세 플라스틱을 분리하기 위해 이론을 테스트했습니다.

그러나 환경에 있는 미세 플라스틱이 그보다 크다는 사실을 알고 연구실의 대학원생 Nelum Perera를 포함한 Piyasena 팀은 존재하는 대부분의 미세 플라스틱 크기와 함께 사용할 수 있고 또한 사용할 수 있는 장치를 만들기 시작했습니다. 실제 사용을 위해 확장되었다고 그녀는 말했습니다.

더 높은 물 흐름 속도를 수용하기 위해 Perera는 하나의 입구 튜브와 여러 개의 출구 튜브에 연결된 8mm 너비의 강철 튜브로 개념 증명 장치를 만든 다음 금속 튜브 측면에 변환기를 부착했습니다. 이 변환기를 켜면 금속 튜브에 초음파가 생성되어 시스템을 통과하는 미세 플라스틱에 음향 힘이 가해집니다. 그 결과 음파가 입자를 더 쉽게 포착할 수 있게 됩니다.

연구진은 프로토타입 장치는 현재 미세 플라스틱을 수집하는 데 사용되는 가장 일반적인 방법인 기존 여과 방법에 비해 상대적으로 간단하다고 말했습니다. 필터 기반 솔루션만큼 쉽게 막히지 않기 때문이라고 그들은 말했습니다.

연구원들은 폴리스티렌, 폴리에틸렌 및 폴리메틸 메타크릴레이트 마이크로플라스틱을 사용해 이 장치를 테스트하여 더 작은 입자(너비 6~180μm)와 큰 입자(너비 180~300μm) 사이의 거동 차이를 관찰했다고 밝혔습니다.

시스템의 테스트 실행에서 두 크기의 입자는 채널 중앙을 따라 배열되어 중간 배출구를 통해 빠져나갔고 깨끗한 물은 주변 배출구로 흘러나갔습니다. 그러나 연구자들이 세탁 세제나 섬유 유연제를 물에 첨가하면 더 큰 입자의 행동이 바뀌었습니다. 그들은 측면을 따라 수집되어 측면 배출구를 통해 빠져나가고, 중간 배출구로 물을 정화합니다.