Problem zanieczyszczenia środowiska mikroplastikiem stał się jednym z najważniejszych wyzwań ekologicznych i zdrowotnych współczesnego świata. Drobinki tworzyw sztucznych, niewidoczne zazwyczaj dla ludzkiego oka, przenikają do rzek, jezior oraz oceanów, a stamtąd trafiają do łańcucha pokarmowego oraz wody pitnej.
Naukowcy stworzyli tanie rozwiązanie na ogromny problem. Filtry z drukarki 3D wykazały ogromną skuteczność
W odpowiedzi na to narastające zagrożenie naukowcy z University of Waterloo opracowali nową-starą metodę filtrowania wody, wykorzystującą technologię druku 3D. Wychodzi na to, że o ironio, najlepszym i najtańszym sposobem na plastik, może być użycie właśnie plastiku, lecz nie takiego znowu zwykłego. Ich rozwiązanie bazuje na zaawansowanych materiałach opartych na biodegradowalnych polimerach, co umożliwia skuteczne wyłapywanie cząsteczek mikroplastiku z cieczy.
Kluczowym elementem opracowanej technologii jest unikalna struktura filtrów. Dzięki zastosowaniu precyzyjnego druku 3D badacze byli w stanie zaprojektować specjalną siateczkę o konkretnej wielkości otworach, które skutecznie wyłapywały niechciane cząsteczki, a co najważniejsze, dzięki tej metodzie, specjaliści mogą bez problemu skalować filtry, a więc używać w przewodach każdej wielkości.
Przetestowaliśmy użycie od ośmiu do 20 filtrów ułożonych jeden na drugim. Przy pomocy 20 filtrów usunęliśmy 90% mikroplastików, co stanowi wyraźną poprawę w stosunku do obecnych technologii filtrowania
– powiedział dr Tizazu Mekonnen, profesor inżynierii chemicznej w Waterloo
Cząsteczki mikroplastiku, przepływając przez tak przygotowany filtr, są fizycznie i chemicznie zatrzymywane na jego powierzchni. Taka konstrukcja zapobiega szybkiemu zapychaniu się układu, co stanowiło istotną barierę w dotychczas stosowanych tradycyjnych metodach filtracji mechanicznej. Na początku filtry zaprojektowano w formie dysku, żeby po prostu zmaksymalizować kontakt z przepływającą przez nie wodą, a następnie dodali rozpuszczalny w wodzie polimer, który zmywa się po wydrukowaniu, pozostawiając pory w nano i mikroskali. W ostatniej fazie dodano specjalny klej, który zwiększa chwytanie mikroplastiku bez blokowania otworów.
Czytaj też: Jak uciec przed mikroplastikami? Nowy eksperyment pokazuje, czy to w ogóle możliwe
Tradycyjne filtry do oczyszczania wody często zmagają się z problemem małej wydajności przy wychwytywaniu bardzo drobnych cząstek lub wymagają ogromnych nakładów energii i skomplikowanych procesów chemicznych. Nowe rozwiązanie z Kanady wyróżnia się wysoką efektywnością energetyczną oraz ekologicznym charakterem samego materiału filtracyjnego. Wykorzystanie biopolimerów sprawia, że komponenty filtra są biodegradowalne lub łatwe do bezpiecznej utylizacji po zakończeniu okresu użytkowania.
Przeprowadzone testy laboratoryjne wykazały, że te filtry mają wyjątkowo wysoką skuteczność usuwania mikroplastiku z próbek wody. Konstrukcja pozwala na zatrzymywanie drobinek o różnych rozmiarach i kształtach, w tym zarówno włókien pochodzących z syntetycznych tkanin, jak i nieregularnych fragmencików powstałych w wyniku degradacji większych odpadów plastikowych. Proces filtracji przebiega sprawnie przy zachowaniu odpowiedniego przepływu wody, co jest kluczowym parametrem z punktu widzenia ewentualnego zastosowania tej technologii na większą skalę.
Takie filtry, jeżeli wdrożone, mogą przynieść wiele korzyści zarówno w rozwiązaniach czysto przemysłowych jak i domowych. Jednym z podstawowych zastosowań mogłoby być zintegrowanie filtrów drukowanych w technologii 3D z miejskimi oczyszczalniami ścieków, które stanowią jedno z głównych źródeł przedostawania się włókien syntetycznych do środowiska naturalnego. Innym potencjalnym obszarem wykorzystania są domowe urządzenia do oczyszczania wody, pralki wyłapujące mikroplastik podczas cyklu prania, a także przemysłowe instalacje uzdatniania wody technicznej.
Cała praca została opublikowana na łamach magazynu ScienceDirect i ze szczegółami jest dostępna do przeczytania tutaj.
Źródło: techxplore