نانولوله‌های کربنی برای حذف آلاینده‌های میکروپلاستیک توسط پژوهشگران مختلف از طریق استراتژی‌های متنوع مورد توجه قرار گرفته است. این مقاله به بررسی اجمالی این مفهوم تحول‌آفرین و تأثیر جهانی آلودگی میکروپلاستیک می‌پردازد.
میکروپلاستیک‌ها چه تاثیری بر محیط زیست دارند؟
میکروپلاستیک‌ها به عنوان دسته‌ای از پلاستیک‌ها مشخص می‌شوند که قطری کم‌تر از ۵ میلی‌متر دارند، این اندازه کوچک است که حذف آنها را دشوار می‌سازد. آلودگی بی‌رویه پلاستیکی هنوز هم در سراسر جهان نگران‌کننده است؛ زیرا میکروپلاستیک‌ها بیش از 94 درصد از زباله‌دان بزرگ اقیانوس آرام را تشکیل می‌دهد. وجود میکروپلاستیک‌ها در اقیانوس‌ها و همچنین عدم تخریب و تصفیه آنها در تصفیه‌خانه آب، به ویژه با توجه به اثرات ناشناخته میکروپلاستیک‌ها در آب آشامیدنی باعث نگرانی زیادی است. شدت آلودگی پلاستیکی به تحقیقاتی منتهی شده که بر روی این موضوعات متمرکز است.
پژوهش درباره حذف میکروپلاستیک
در سال ۲۰۱۹، گروهی از پژوهشگران پیشگام دانشگاه آدلاید تکنیک جدیدی را بررسی کردند که در آن از نانولوله‌های کربنی به شکل فنر برای تجزیه مولکول‌های میکروپلاستیک استفاده می‌شد. این رویکرد با هدف پاکسازی آلودگی پلاستیک در فاضلاب انجام شد. پژوهشگران در مورد استفاده از اکسیدان، پلی‌مونوسولفات برای تولید رادیکال‌های آزاد برای حمله و تجزیه پلاستیک به محصولات نهایی مثل آب و کربن دی‌اکسید امیدوار بودند.
پلی‌مونوسولفات یک نمک پرسولفات است که رادیکال‌های سولفات و هیدروکسیل تولید می‌کند. پژوهشگران قصد داشتند برای تجزیه میکروپلاستیک‌ها، این نمک را با استفاده از نانولوله‌های کربنی که به شکل فنر پیچیده شده‌اند، فعال کنند. این نانولوله‌های کربنی به شکل مارپیچ با نانوذرات آلاینده عنصر ناخالصی (dopant) نیتروژن طراحی و با نانوذرات منگنز کاربید محصور شده‌اند.
تیم پژوهشی استرالیا قطعات پلی‌اتیلن را آزمایش کردند و پس از چند ساعت پردازش، آنها را در محیط آزمایشگاهی با موفقیت تخریب کردند. با این حال، یکی از موانع از این پژوهش، پیدا کردن راهی برای کاهش هزینه‌های تولید برای تولید مقیاس بزرگ کاتالیست‌های کربنی استفاده‌شده در فرآیند پردازش بود.
پژوهشگران دیگر در دانشگاه سوانسی انگلستان نیز تحقیقاتی در زمینه تجزیه میکروپلاستیک انجام دادند، که موثرترین تکنیک‌های آنها نیاز به 8 ساعت پردازش در دمای 160 درجه سانتی‌گراد داشت، اگرچه این درجه حرارت در تصفیه فاضلاب واقعی امکان‌پذیر نخواهد بود. تحقیقات بعدی، فناوری‌های حذف با زمان پردازش و مصرف انرژی کم‌تر را مورد بررسی قرار داده‌است.
نوآوری‌های اخیر
مطالعه اخیر به رهبری یی تانگ، از مرکز تحقیقات مهندسی شانگهای در زمینه تبدیل زیستی مواد جامد آلی و دانشگاه نرمال شرق چین در شانگهای، تحقیقاتی انجام داده که شامل سنتز نانولوله‌های کربنی مغناطیسی (M-CNTs) به عنوان جاذب برای حذف میکروپلاستیک‌ها است. این پژوهش در 15 فوریه 2021 در مجله Chemical Engineering Journal منتشر شد.
این تیم تحقیقاتی M-CNT ها را آزمایش کردند، که به طور مؤثر بر روی پلی‌اتیلن، پلی‌اتیلن ترفتالات و پلی‌آمید جذب شده بود. با استفاده از نیروی مغناطیسی، microplastic-M-CNT به طور مؤثر از محلول‌های آبی جدا شد. میزان موفقیت شامل حذف ۵ گرم میکروپلاستیک در هر لیتر در مدت ۳۰۰ دقیقه و حذف کامل این آلاینده‌ها از پساب یک تصفیه‌خانه فاضلاب خانگی بود.
از نظر تأثیرات زیست‌محیطی، M-CNT های جذب شده را می‌توان از طریق عملیات حرارتی در دمای ۶۰۰ سانتی‌گراد بازیافت کرد، که آینده‌ای امیدوارکننده برای تجزیه میکروپلاستیک‌ها را نشان می‌دهد.
اهمیت تجزیه میکروپلاستیک
سالانه تقریباً 12 میلیون تن پلاستیک در آب‌های ما رها می‌شود. با توجه به میزان تولید فعلی و عدم دفع مناسب، برآوردی وجود دارد که تا سال 2050، تعداد پلاستیک‌های موجود در اقیانوس بیشتر از ماهی‌ها خواهد بود.
توانایی میکروپلاستیک‌ها در جذب آلاینده‌های آلی، فلزات سنگین، عوامل بیماری‌زا، همراه با ویژگی‌های ضدخوردگی، می‌تواند تهدیدی برای زندگی دریایی باشد؛ زیرا به مدت طولانی در آب‌ها حضور دارد. علاوه بر این، زنجیره‌غذایی می‌تواند ناشی از گسترش عوامل بیماری‌زا و سایر تهدیدهای مرگبار باشد که در نهایت می‌تواند از طریق مصرف ماهی یا حتی نوشیدن آب بر زندگی انسان تأثیر بگذارد.
کنترل آلودگی میکروپلاستیک برای همه صنایع حیاتی است، به خصوص آن‌هایی که در ایجاد پلاستیک‌ها دخالت دارند و مسئولیت بیشتری برای توسعه فرایندهای دفع پایدار دارند.
چالش‌ها
کاربردهای یکبار مصرف مانند بسته‌بندی، که ۵۰ درصد از مصرف از پلاستیک را تشکیل می‌دهد، نیازمند راه‌حل‌های انطباقی است؛ جایگزینی کامل پلاستیک یا ایجاد جایگزین پایدارتر، گزینه‌های ممکن هستند. استفاده از میکروپلاستیک‌ها در مواد آرایشی نیز باید یک نقطه کانونی باشد. شرکت‌ها با آگاهی بیشتر از پیامدهای منفی اعمال خود، به احتمال زیاد برای انجام دادن وظیفه پایدار خود در قبال مشتریان عمل می‌کنند.
با توجه به اینکه بازیافت یک استراتژی برای مدیریت پسماند و نیز کاهش بار پلاستیک‌ها بر محیط‌زیست است، ممکن است نیاز به تولید بیشتر مجدد مواد برای بازسازی سایر محصولات پایدار بلند مدت وجود داشته باشد.
علاوه بر این، با یک چشم‌انداز سبزتر، شرکت‌های بیشتری طرح ابتکاری برای برگرداندن محصولات نامطلوب یا دارای پایان عمر برای تولید مجدد را آغاز کرده‌اند. این ابتکارها برای مشتریانی مفید است که بتوانند به پایداری محصولات نامطلوب خود و رهبران صنعت اعتماد کنند که می‌تواند در مقابل وفاداری طولانی‌مدت به برند را ایجاد نماید.
تجزیه میکروپلاستیک بخش مهمی از آینده پایدارتر است. برای تجزیه مؤثر این مواد ضدخوردگی، باید اقدامات سبز توسط نهادهای دولتی انجام شود که نحوه تصفیه‌خانه فاضلاب را هدایت می‌کند. استفاده از نانولوله‌های کربنی مغناظیسی برای این منظور ممکن است یک جایگزین مؤثر برای روش‌های تصفیه فعلی باشد، که هیچ تاثیری بر روی میکروپلاستیک‌ها ندارد. با این حال، استفاده از آن در تصفیه‌خانه فاضلاب جهانی مانع بزرگی خواهد بود که نیاز به غلبه بر آن وجود دارد.
درباره نویسنده «مرضیه خان»
مرضیه خان عاشق تحقیقات علمی و نوآوری است. او دارای فوق لیسانس فناوری نانو و پزشکی ترمیمی و همچنین لیسانس علوم زیست پزشکی است. او در حال حاضر در NHS کار می‌کند و درگیر یک برنامه نوآوری علمی است.