Gürkan Özsoy Blog

Yeni hidrojel mikroplastikleri sudan uzaklaştırıyor

Mikroplastikler insan sağlığı için büyük bir tehdit oluşturmaktadır. Bu küçük plastik kalıntılar içtiğimiz su yoluyla vücudumuza girebilir ve hastalık riskini artırabilir. Aynı zamanda çevresel bir tehlikedirler; kutup buzulları ve derin okyanus çukurları gibi uzak bölgelerde bile bulunurlar, suda ve karada yaşayan canlıları tehlikeye atarlar.

Hindistan Bilim Enstitüsü’ndeki (IISc) araştırmacılar, ortaya çıkan bu kirletici ile mücadele etmek amacıyla mikroplastikleri sudan uzaklaştırmak için sürdürülebilir bir hidrojel tasarladılar. Malzeme, kirleticileri bağlayabilen ve UV ışık ışınlaması kullanarak onları bozabilen benzersiz bir iç içe geçmiş polimer ağına sahiptir. Araştırma Nanoscale dergisinde yayımlandı.

Bilim insanları daha önce mikroplastikleri temizlemek için filtreleme membranları kullanmayı denedi. Ancak membranlar bu küçük parçacıklarla tıkanabiliyor ve bu da onları sürdürülemez hale getiriyor. Bunun yerine, Malzeme Mühendisliği Bölümü Profesörü Suryasarathi Bose liderliğindeki IISc ekibi 3D hidrojellere yönelmeye karar verdi. Ekip tarafından geliştirilen yeni hidrojel, iç içe geçmiş üç farklı polimer katmanından (kitosan, polivinil alkol ve polianilin) oluşuyor ve bir İç İçe Geçen Polimer Ağı (IPN) mimarisi oluşturuyor. Ekip bu matrise bakır ikamesi polioksometalat (Cu-POM) adı verilen bir malzemenin nanokümelerini aşıladı. Bu nanokümeler, mikroplastikleri bozmak için UV ışığını kullanabilen katalizörlerdir. Polimerlerin ve nanokümelerin kombinasyonu, büyük miktarlarda mikroplastiği adsorbe etme ve bozma yeteneğine sahip güçlü bir hidrojel ile sonuçlandı.

Mikroplastiklerin çoğu, ev tipi plastiklerin ve liflerin eksik parçalanmasının bir ürünüdür. Bunu laboratuvarda taklit etmek için ekip, doğada bulunan en yaygın mikroplastiklerden ikisini oluşturmak için yiyecek kabı kapaklarını ve diğer günlük kullanım plastik ürünlerini ezdi: polivinil klorür ve polipropilen. “Mikroplastiklerin arıtılması veya uzaklaştırılmasının yanı sıra bir diğer önemli sorun da tespit edilmeleridir. Bunlar çok küçük parçacıklar olduğu için çıplak gözle göremezsiniz,” diye açıklıyor çalışmanın ilk yazarı ve SERB Malzeme Mühendisliği Bölümü Ulusal Doktora Sonrası Araştırmacısı Soumi Dutta. Bu sorunu çözmek için araştırmacılar mikroplastiklere floresan bir boya ekleyerek farklı koşullar altında hidrojel tarafından ne kadarının adsorbe edildiğini ve parçalandığını takip ettiler. Dutta, “Mikroplastiklerin suyun farklı pH seviyelerinde, farklı sıcaklıklarda ve farklı mikroplastik konsantrasyonlarında giderilmesini kontrol ettik” diyor.

Hidrojelin oldukça verimli olduğu görüldü; nötre yakın pH’da (∼6,5) sudaki iki farklı mikroplastik türünün yaklaşık %95 ve %93’ünü uzaklaştırabiliyordu. Ekip ayrıca malzemenin ne kadar dayanıklı ve güçlü olduğunu test etmek için çeşitli deneyler gerçekleştirdi. Üç polimerin kombinasyonunun, malzemeyi çeşitli sıcaklıklar altında stabil hale getirdiğini buldular. “Daha sürdürülebilir ve tekrar tekrar kullanılabilecek bir malzeme yapmak istedik” diye açıklıyor Bose. Hidrojel, önemli bir etkinlik kaybı olmaksızın beş mikroplastik giderme döngüsüne kadar dayanabilir. Dahası Bose, kullanım ömrünü tamamladığında hidrojelin, altı değerlikli krom gibi ağır metalleri kirli sudan uzaklaştırabilecek karbon nanomalzemelere dönüştürülebileceğine dikkat çekiyor.

Araştırmacılar, çeşitli su kaynaklarındaki mikroplastiklerin temizlenmesine yardımcı olmak üzere büyük ölçekte kullanılabilecek bir cihaz geliştirmek için işbirlikçileriyle birlikte çalışmayı planlıyor.

Kaynak: Soumi Dutta et al, Polyoxometalate nanocluster-infused triple IPN hydrogels for excellent microplastic removal from contaminated water: detection, photodegradation, and upcycling, Nanoscale (2024). DOI: 10.1039/D3NR06115A

Resim: Addressing microplastic contamination in water with engineered 3D pGel@IPN hydrogel. Credit: Soumi Dutta