Dùng ánh sáng mặt trời phân hủy rác thải nhựa trên biển  


Văn Tâm 

TANIXA – nano-bio technology

Ô nhiễm môi trường biển do rác thải nhựa đã trở thành vấn đề môi trường toàn cầu, được chính phủ các nước, các tổ chức quốc tế, các tổ chức phi chính phủ, các nhà khoa học và người dân trên toàn thế giới hết sức quan tâm. Theo ước tính, hiện tại lượng rác thải nhựa trên biển vào khoảng 140 triệu tấn, mỗi năm có thêm 10 triệu tấn. Việc lạm dụng quá mức sản phẩm nhựa và vấn đề thu gom, tái chế, tái sử dụng không tương thích sẽ làm chất thải nhựa tràn lan trong môi trường gây nên "ô nhiễm trắng". Do thời gian phân hủy quá chậm, trong khi đó thời gian sử dụng lại ngắn, khả năng lưu giữ các thành phần độc hại lâu nên rác thải nhựa gây tác động xấu đối với môi trường và sức khỏe cộng đồng và , là nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm đất, nước và đại dương.

Chúng tôi muốn tìm hiểu về chu trình phân hủy các hạt vi nhựa trong đại dương. Vì sao có tới 98% các vật liệu nhựa lơ lửng bị phân hủy trong nước biển và mất đi hàng năm?” trưởng nhóm nghiên cứu - GS. Aron Stubbins từ đại học Northeastern University (Hoa Kỳ) phát biểu.

Trong nghiên cứu của mình, GS. Aron và GS. Daoji Li của đại học East China Normal University đã khám phá ra rằng các rác thải nhựa trên biển bị phân hủy và hòa tan thành các phân tử hữu cơ nhanh hơn nhiều khi được chiếu với ánh sáng mặt trời. Các nhà khoa học đã lấy các mẫu từ vùng biển phía bắc Thái Bình Dương, đồng thời cũng tạo ra các mẫu rác vi nhựa từ các vật chứa sản phẩm tiêu dùng hàng ngày để nghiên cứu. Họ đặt hai loại mẫu này vào các lọ thí nghiệm có chứa nước biển và chiếu chúng bằng ánh sáng mặt trời tạo ra trong phòng thí nghiệm. Kết quả là ánh sáng mặt trời làm oxy hóa nhựa, phân hủy chúng thành các phân tử hữu cơ có độ hòa tan cao gọi là các oligomer. Các oligomer này có thể được tiêu hóa bởi các vi khuẩn. 

 

Hình 1: Sự phân hủy của rác thải nhựa trên biển khi được chiếu ánh nắng mặt trời.  

Khả năng bị phân hủy của nhựa nhanh chậm thế nào phụ thuộc vào hoạt tính quang học (photoreactivity) của chúng. Với nhựa polystyrene (nhựa PS), nhựa này bị hòa tan nhanh do chúng có các nhóm hóa học gọi là các vòng thơm (aromatic) trong cấu trúc mà có khả năng hấp thu ánh sáng mặt trời. Cấu trúc vòng thơm là cấu trúc có ít nhất 3 nguyên tử hợp thành, liên kết với nhau thành chuỗi khép kín (vòng), ví dụ rõ nhất là benzen. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào, đặt biệt là ánh sáng ở bước sóng tử ngoại năng lượng cao (từ 280 nm đến 400 nm trong dải phổ của ánh sáng mặt trời), trong các vật liệu này sẽ xảy ra phản ứng quang hóa (photoreaction) dẫn đến việc tạo ra các gốc tự do (free radicals). Chính các gốc tự do này sẽ tấn công và làm oxy hóa các loại nhựa. Với các loại nhựa không có các vòng thơm như polypropylene (PP), polyethylene (PE), thì sự phân hủy diễn ra chậm hơn, có thể kéo dài đến hàng năm và hàng thập kỉ. 

Hình 2: (A) Các loại mẫu nhựa thu thập ở vùng biển bắc Thái Bình Dương. (B) Thành phần các loại nhựa của các mẫu vật.

Nghiên cứu này tiếp tục được tài trợ bởi Tổ chức khoa học quốc gia Hoa kỳ (National Science Foundation) để tìm hiểu sâu hơn nữa về cơ chế các loại nhựa khác nhau bị phân hủy. 

Tài liệu tham khảo:

https://www.materialstoday.com/polymers-soft-materials/news/sunlight-breaks-down-missing-oceanic-plastic-waste

Bài báo:

Lixin Zhu, Shiye Zhao, Thais B. Bittar, Aron Stubbins, Daoji Li. Photochemical dissolution of buoyant microplastics to dissolved organic carbon: Rates and microbial impacts. Journal of Hazardous Materials 383 (2020) 121065. DOI https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.121065.

 

Category: