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Partículas coloridas de plástico flutuam sob a superfície da maioria dos cursos de água, desde as nascentes até o Oceano Ártico. Esses microplásticos pouco visíveis – com menos de 5 mm de largura – são potencialmente prejudiciais para animais e plantas aquáticas, bem como para os seres humanos. Assim, os pesquisadores estão criando maneiras de removê-los e detê-los em sua fonte. Hoje, uma equipe relata um dispositivo de dois estágios feito com tubos de aço e ondas sonoras pulsantes que removem a maior parte das partículas de plástico de amostras reais de água.
Os pesquisadores apresentarão seus resultados na reunião de primavera da American Chemical Society (ACS).
“A ideia surgiu de uma discussão com um colega que disse que precisávamos de novas maneiras de coletar microplásticos da água”, diz Menake Piyasena, Ph.D., principal pesquisador do projeto. “Como as forças acústicas podem juntar as partículas, eu me perguntei se poderíamos usá-las para agregar microplásticos na água, tornando o plástico mais fácil de remover”.
A filtração é a técnica mais comumente usada para remover esses materiais da água. Por exemplo, os filtros de saída da máquina de lavar podem impedir que as fibras que se desprendem das roupas durante a lavagem entrem nas águas residuais. Mas esse método pode ser caro em grande escala, exigindo limpeza regular dos filtros, que podem ficar entupidos.
Outra opção poderia ser concentrar partículas de plástico na água corrente com forças acústicas, ou ondas sonoras, que transferem energia para as partículas próximas, fazendo com que algumas delas vibrem e se movam. Pense em um alto-falante tocando uma música alta que faz o chão tremer, lançando partículas de poeira e sujeira umas contra as outras. Os cientistas já vêm usando esse fenômeno para separar partículas biológicas de líquidos, como glóbulos vermelhos do plasma.
Recentemente, algumas equipes aplicaram essa abordagem à separação de microplásticos de amostras preparadas em laboratório com água pura. Mas esse trabalho foi feito com pequenos volumes de água. Eles também usaram microplásticos com apenas dezenas de mícrons de largura – menores que a largura do cabelo humano, explica Nelum Perera, estudante de pós-graduação no laboratório de Piyasena na New Mexico Tech.
“Li que a maioria dos microplásticos do meio ambiente é maior que isso”, diz Perera, que apresenta o trabalho. “Então, eu queria desenvolver um dispositivo que pudesse ser útil para a maioria dos tamanhos e pudesse ser ampliado para atender aos objetivos do mundo real.”
Para acomodar taxas de fluxo de água mais altas, Perera criou um dispositivo de prova de conceito com tubos de aço de 8 mm de largura conectados a um tubo de entrada e vários tubos de saída. Em seguida, ela prendeu um transdutor na lateral do tubo de metal. Quando o transdutor foi ligado, ele gerou ondas de ultrassom no tubo de metal, aplicando forças acústicas nos microplásticos à medida que passavam pelo sistema, facilitando sua captura. O protótipo do dispositivo é relativamente simples em comparação com os métodos tradicionais de filtragem, explica Piyasena, porque não entope tão facilmente quanto um filtro.
Em experimentos iniciais com microplásticos de poliestireno, polietileno e polimetilmetacrilato, os pesquisadores descobriram que as partículas menores (6 a 180 µm de largura) se comportavam de maneira diferente das maiores (180 a 300 µm de largura) na presença de forças acústicas . Injetadas na água pura, as partículas de ambos os tamanhos foram dispostas ao longo do centro do canal, saindo pela saída do meio, enquanto a água limpa escorria pelas saídas ao redor. Mas se sabão em pó ou amaciante fosse adicionado à água, as partículas maiores se concentrariam nas laterais, saindo pelas saídas laterais, e a água purificada sairia pela saída do meio.
Com base nesses resultados, os pesquisadores começaram a desenvolver um sistema que pudesse aproveitar esses diferentes movimentos. Eles conectaram dois tubos de aço em conjunto: o primeiro estágio capturou pequenos microplásticos com menos de 180 µm de largura e o fluxo de água com os microplásticos maiores restantes foi para o segundo estágio para ser limpo. “Removemos mais de 70% dos plásticos pequenos e mais de 82% dos grandes dessa forma”, diz Perera.
Para mostrar que o sistema de dois estágios poderia funcionar para aplicações do mundo real, Perera e Piyasena coletaram água de uma lagoa no campus da New Mexico Tech e do Rio Grande River. Eles filtraram todas as amostras para remover grandes contaminantes, deixando para trás a água que ainda continha substâncias dissolvidas que poderiam ter afetado a separação. Em seguida, eles adicionaram microplásticos à água. Quando as amostras de água do ambiente passaram pelo dispositivo acústico, as partículas de plástico foram removidas com a mesma eficácia da água pura. Com esse protótipo, Perera estima que custaria cerca de 7 centavos para operar o aparelho atual por uma hora e levaria cerca de uma hora e meia para limpar um litro de água.
O próximo passo da equipe é desenvolver um sistema com tubos mais largos, ou feixes de vários tubos, e testá-lo em amostras não adulteradas do mundo real, incluindo água do mar e águas residuais de máquinas de lavar. “Mostramos que as forças acústicas podem ser usadas para concentrar uma ampla gama de tamanhos de microplásticos”, diz Piyasena. “E a partir daqui, queremos provar que isso pode ser feito em maior escala com amostras reais que já contêm microplásticos”.
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