Partículas de plástico de colores flotan debajo de la superficie de la mayoría de las vías fluviales, desde las cabeceras de los arroyos hasta el Océano Ártico. Estos microplásticos apenas visibles, de menos de 5 mm de ancho, son potencialmente dañinos para los animales y plantas acuáticos, así como para los humanos. Por lo tanto, los investigadores están ideando formas de eliminarlos y detenerlos en su origen. Hoy, un equipo informa sobre un dispositivo de dos etapas hecho con tubos de acero y ondas de sonido pulsantes que elimina la mayoría de las partículas de plástico de muestras de agua reales.

Los investigadores presentarán sus resultados en la reunión de primavera de la American Chemical Society (ACS).

« La idea surgió de una discusión con un colega que dijo que necesitamos nuevas formas de recolectar microplásticos del agua », dice Menake Piyasena, Ph.D. investigador principal del proyecto. « Debido a que las fuerzas acústicas pueden juntar las partículas, me preguntaba si podríamos usarlas para agregar microplásticos en el agua, haciendo que el plástico sea más fácil de eliminar ».

La filtración es la técnica más utilizada para eliminar estos materiales del agua. Por ejemplo, los filtros de salida de las lavadoras pueden evitar que las fibras que se desprenden de la ropa durante el lavado entren en las aguas residuales. Pero este método puede ser costoso a gran escala y requiere una limpieza regular de los filtros, que pueden obstruirse.

Otra opción podría ser concentrar partículas de plástico en el agua que fluye con fuerzas acústicas u ondas de sonido, que transfieren energía a las partículas cercanas, haciendo que algunas de ellas vibren y se muevan. Solo piense en un altavoz que reproduce música a todo volumen que sacude el suelo, haciendo rebotar motas de polvo y suciedad entre sí. Los científicos ya han estado utilizando este fenómeno para separar partículas biológicas de líquidos, como los glóbulos rojos del plasma.

Recientemente, algunos equipos han aplicado este enfoque a la separación de microplásticos de muestras que prepararon en el laboratorio con agua pura. Pero este trabajo se hizo con pequeños volúmenes de agua. También usaron microplásticos que tenían solo decenas de micrones de ancho, más pequeños que el ancho de un cabello humano, explica Nelum Perera, estudiante de posgrado en el laboratorio de Piyasena en New Mexico Tech.

“Leí que la mayoría de los microplásticos en el medio ambiente son más grandes que eso”, dice Perera, quien presenta el trabajo. « Entonces, quería desarrollar un dispositivo que pudiera ser útil para la mayoría de los tamaños y que pudiera ampliarse para cumplir con los objetivos del mundo real ».

Para adaptarse a caudales de agua más altos, Perera creó un dispositivo de prueba de concepto con tubos de acero de 8 mm de ancho conectados a un tubo de entrada y múltiples tubos de salida. Luego conectó un transductor al costado del tubo de metal. Cuando se encendió el transductor, generó ondas de ultrasonido a través del tubo de metal, aplicando fuerzas acústicas sobre los microplásticos a medida que pasaban por el sistema, haciéndolos más fáciles de capturar. El dispositivo prototipo es relativamente simple en comparación con los métodos de filtración tradicionales, explica Piyasena, porque no se obstruye tan fácilmente como un filtro.

En experimentos iniciales con microplásticos de poliestireno, polietileno y metacrilato de polimetilo, los investigadores descubrieron que las partículas más pequeñas (de 6 a 180 µm de ancho) se comportaban de manera diferente que las más grandes (de 180 a 300 µm de ancho) en presencia de fuerzas acústicas.. Se clavó en agua pura, partículas de ambos tamaños dispuestas a lo largo del centro del canal, saliendo por la salida del medio, mientras que el agua limpia fluía por las salidas circundantes. Pero si se añadía al agua detergente para ropa o suavizante de telas, las partículas más grandes se concentraban hacia los lados, salían por las salidas laterales y el agua purificada salía por la salida del medio.

Sobre la base de estos resultados, los investigadores se propusieron desarrollar un sistema que pudiera aprovechar estos diferentes movimientos. Conectaron dos tubos de acero en tándem : la primera etapa capturó pequeños microplásticos de menos de 180 µm de ancho, y la corriente de agua con los microplásticos más grandes restantes fue a la segunda etapa para ser limpiada. “De esta forma eliminamos más del 70% de los plásticos pequeños y más del 82% de los grandes”, dice Perera.

Para demostrar que el sistema de dos etapas podría funcionar para aplicaciones del mundo real, Perera y Piyasena recolectaron agua de un estanque en el campus de New Mexico Tech y del Río Grande. Filtraron todas las muestras para eliminar los contaminantes grandes, dejando agua que aún contenía sustancias disueltas que podrían haber afectado la separación. Luego, agregaron microplásticos al agua. Cuando las muestras de agua ambiental pasaron por el dispositivo acústico, las partículas de plástico se eliminaron con la misma eficacia que con el agua pura. Con este prototipo, Perera estima que costaría alrededor de 7 centavos operar el dispositivo actual durante una hora y tomar alrededor de una hora y media limpiar un litro de agua.

El siguiente paso del equipo es desarrollar un sistema con tubos más anchos, o paquetes de múltiples tubos, y probarlo en muestras del mundo real sin enriquecimiento, como agua de mar y aguas residuales de lavadoras. « Hemos demostrado que las fuerzas acústicas se pueden utilizar para concentrar una amplia gama de tamaños de microplásticos », dice Piyasena. « Y a partir de aquí, queremos demostrar que esto se puede hacer a mayor escala con muestras reales que ya contienen microplásticos ».