Het vormen van micro- en nanoplastics uit plastic agrarische films voor werkgelegenheid in fundamentele onderzoeksstudies

Samenvatting

We tonen de vorming en dimensionale karakterisering van micro- en nanoplastics (respectievelijk parlementsleden en NP's) met behulp van een stapsgewijs proces van mechanisch frezen, slijpen en beeldvormingsanalyse.

Samenvatting

Microplastics (MPs) en nanoplastics (NP's) verspreid in agrarische ecosystemen kunnen een ernstige bedreiging vormen voor de biota in de bodem en nabijgelegen waterwegen. Bovendien kunnen chemicaliën zoals pesticiden die door NP's worden geadsorbeerd, bodemorganismen schaden en mogelijk in de voedselketen terechtkomen. In deze context dragen in de landbouw gebruikte kunststoffen zoals plastic mulchfolies aanzienlijk bij aan plasticvervuiling in agrarische ecosystemen. De meeste fundamentele studies van het lot en ecotoxiciteit maken echter gebruik van geïdealiseerde en slecht representatieve MP-materialen, zoals polystyreenmicrosferen.

Daarom hebben we, zoals hierin beschreven, een meerstappenprocedure op laboratoriumschaal ontwikkeld om mechanisch representatieve kamerleden en np's voor dergelijke studies te vormen. Het kunststofmateriaal werd bereid uit in de handel verkrijgbare plastic mulchfilms van polybutyraatadipaat-co-tereftalaat (PBAT) die werden verbroed door cryogene behandeling (CRYO) of omgevingsverwering (W), en uit onbehandelde PBAT-pellets. De plastic materialen werden vervolgens behandeld door mechanisch frezen om parlementsleden te vormen met een grootte van 46-840 μm, waarbij de slijtage van plastic fragmenten door wind en mechanische machines werd nagebootst. De Kamerleden werden vervolgens in verschillende groottefracties gezeefd om verdere analyse mogelijk te maken. Ten slotte werd de zeeffractie van 106 μm onderworpen aan nat malen om NP's van 20-900 nm te genereren, een proces dat het langzame verkleiningsproces voor terrestrische parlementsleden nabootst. De afmetingen en de vorm voor kamerleden werden bepaald door middel van beeldanalyse van stereomicrografen, en dynamische lichtverstrooiing (DLS) werd gebruikt om de deeltjesgrootte voor NP's te beoordelen. Parlementsleden en NP's die door dit proces werden gevormd, bezaten onregelmatige vormen, wat in overeenstemming is met de geometrische eigenschappen van parlementsleden die uit landbouwvelden zijn hersteld. Over het algemeen bleek deze methode voor verkleining efficiënt voor het vormen van parlementsleden en NP's die zijn samengesteld uit biologisch afbreekbare kunststoffen zoals polybutyleenadipaat-co-tereftalaat (PBAT), die mulchmaterialen vertegenwoordigen die worden gebruikt voor de productie van landbouwspeciale gewassen.

Inleiding

In de afgelopen decennia heeft de snel toenemende wereldwijde productie van kunststoffen en onjuiste verwijdering en het gebrek aan recycling voor plastic afval geleid tot milieuvervuiling die van invloed is geweest op mariene en terrestrische ecosystemen ^1,2,3. Plastic materialen zijn essentieel voor de hedendaagse landbouw, met name om groenten, klein fruit en andere speciale gewassen te verbouwen. Het gebruik ervan als mulchfolie, hoge en lage tunnelbekleding, druppeltape en andere toepassingen is gericht op het verbeteren van de gewasopbrengst en -kwaliteit, het verlagen ....

Protocol

1. Verwerking van parlementsleden van plastic pellets via cryogene voorbehandeling en frezen

OPMERKING: Deze methodologie is gebaseerd op een elders beschreven procedure, waarbij gebruik wordt gemaakt van een PBAT-film die is samengesteld uit hetzelfde materiaal dat voor deze gepresenteerde studie is gebruikt²⁹.

1. Weeg polymeer pelletmonsters van ~ 1 g en breng over in een glazen pot van 50 ml.
2. Plaats de "rechthoekige afleverbuis" met een zeef van 20 mazen (840 μm) in de sleuf voor de roterende snijmolen en til de toedieningsbuis op totdat deze de stoppen raakt.
3. Plaats de ....

Resultaten

Om de experimentele proceduremethode en -analyse te valideren, werden kamerleden en NP's gevormd uit pellets en filmmaterialen en vergeleken op grootte en vorm met behulp van microscopische beelden. De in figuur 1 beschreven methode vormde efficiënt parlementsleden en np's uit biologisch afbreekbare plastic pellets en folies; dit werd bereikt door cryogene koeling, frezen en natslijpen en karakteriseren. De eerste stap was niet nodig voor milieuvriendelijke films omdat verwering verbrossing .......

Discussie

Deze methode beschrijft een effectief proces dat oorspronkelijk werd beschreven in een eerdere publicatie²⁹, om MNPs afkomstig van pellets en mulchfilms voor te bereiden op milieustudies. Het verkleiningsproces omvatte cryogene koeling (alleen voor film), droog frezen en natte slijpfasen om model-MNPs te produceren. We hebben deze methode toegepast om MNP's te bereiden uit een breed scala aan polymere grondstoffen, waaronder polyethyleen met lage dichtheid (LDPE), polybutyraatadipaat-co-tereftalaa.......

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Aluminium schaal, 150 mL	Fisher Scientific, Waltham, MA, USA	08-732-103	Drogeren van verzamelde NPs
Aluminium schaal, 500 mL	VWR International, Radnor, PA, USA	25433-018	Verzamelen van NPs na nat-slijpen
Centrifuge	Fisher Scientific, Waltham, MA, USA	Centrific 228	Container voor centrifugatie
Distributieslang, #20, 840 µm	Thomas Scientific, Swedesboro, NJ, USA	3383M30	Zeven van de eerste fractie tijdens het malen
Distributieslang, #60, 250 µm	Thomas Scientific, Swedesboro, NJ, USA	3383M45	Zeven van de tweede fractie (3x)  tijdens het malen
Thermomixer,  5350 Mixer	Eppendorf North America, Enfield, CT, USA	05-400-200	Analyse van zevenexperimenten
FT-IR Spectrum Two, spectrometer met geattenueerde totale reflectie (ATR)	Perkin Elmer, Waltham, MA, USA	L1050228	Meten van FTIR-spectra
Glazen beker, 1000 mL	DWK Life Sciences, Milville, NJ, USA	02-555-113	Roeren van MPs-water suspensie voor het malen
Glazen voorplaat	Thomas Scientific, Swedesboro, NJ, USA	3383N55	Voorplaat voor Wiley Mini Mill
Glazen pot, 50 mL	Uline, Pleasant Prairie, WI, USA	S-15846P	Verzamelen van MPs na het malen
Handschoenenbox, neopreen	Bel-Art-SP Scienceware, Wayne, NJ, USA	BEL-H500290000	22-Inch, Maat 10
Zetasizer Nano ZS 90 grootte-analyzer	Malvern Panalytical, Worcestershire, UK	Zetasizer Nano ZS	Meten van nanoplastics verspreid in DI-water
Microscoopcamera	Nikon, Tokyo,  108-6290, Japan	Nikon Digital Sight 10	Gecombineerd met Olympus microscoop om digitale beelden te ontvangen
Microscoop	Olympus, Shinjuku, Tokyo, Japan	Model SZ 61	Beeldvorming van MPs
Stiekproefvat, lage vorm dewar flacons	Cole-Palmer, Vernon Hills, IL, USA	UX-03771-23	Opslag van vloeibare stikstof tijdens kryogene koeling
Accurate Blend 200, 12-snelheids blender	Oster, Boca Raton, FL, USA	6684	Beginnen met het verkleinen van de grootte van kryogene behandelde plastic film
PBAT film, - BioAgri™ (Mater-Bi®)	BioBag Americas, Inc, Dunedin, FL, USA	0.7 mm dik	Grondstof om MPs en NPs te vormen, landbouw mulch film
PBAT pellets	Mobius, LLC, Lenoir City, TN, USA	Diameter 3 mm	Grondstof om microplastics (MPs) en nanoplastics (NPs) te vormen door middel van malen en slijpen
Plastiek centrifugebuizen, 50 mL	Fisher Scientific, Waltham, MA, USA	06-443-18	Centrifugatie van suspensie na nat-slijpen
Plastiek pot, 1000 mL, voorgereinigd, rechtzijdig	Fisher Scientific, Waltham, MA, USA	05-719-733	Verzamelen van NPs tijdens en na nat slijpen
Vierkante roerstaafjes, diameterø=8 mm, lengte=50.8 mm	Fisher Scientific, Waltham, MA, USA	14-512-127	Roeren van MPs suspensie voorafgaand aan nat-slijpen
Schaar, titanium gebonden	Westcott, Shelton, CT, USA	13901	Snijden van initiële PBAT film grondstoffen
Vierkante glazen cel met vierkante opening en dop, 12 mm O.D.	Malvern Panalytical, Worcestershire, UK	PCS1115	Meten van NPs deeltjesgrootte
Roestvrijstalen bodem, 3 inch, pan	Hogentogler & Co. Inc, Columbia, MD, USA	8401	Voor zeven na Wiley-maling
Roestvrijstalen zeef, 3 inch, No. 140 (106 µm)	Hogentogler & Co. Inc, Columbia, MD, USA	1308	Voor zeven na Wiley-maling
Roestvrijstalen zeef, 3 inch, No. 20 (850 µm)	Hogentogler & Co. Inc, Columbia, MD, USA	1296	Zeven van MPs na Wiley-maling
Roestvrijstalen zeef, 3 inch, No. 325 (45 µm)	Hogentogler & Co. Inc, Columbia, MD, USA	1313	Zeven van MPs na Wiley-maling
Roestvrijstalen zeef, 3 inch, No. 60 (250 µm)	Hogentogler & Co. Inc, Columbia, MD, USA	1303	Zeven van MPs na Wiley-maling
Roestvrijstalen bovendeksel, 3 inch	Hogentogler & Co. Inc, Columbia, MD, USA	8406	Zeven van MPs na Wiley-maling
Roestvrijstalen pincet	Global Industrial, Port Washington, NY, USA	T9FB2264892	Overbrengen van  bevroren filmdeeltjes uit pot naar blender
Vakuumoven, model 281A	Fisher Scientific, Waltham, MA, USA	13-262-50	Vakuumoven om NPs te drogen na nat-slijpen
Frictie-slijpmachine, Supermass Colloider	Masuko Sangyo, Tokyo, Japan	MKCA6-2J	Slijpmachine om NPs te vormen van MPs
Nat-slijpsteen, korrelgrootte: 297 μm -420 μm	Masuko Sangyo, Tokyo, Japan	MKE6-46DD	Slijpsteen om NPs te vormen van MPs
Wiley Mini Mill, roterende snijmolen	Thomas Scientific, Swedesboro, NJ, USA	NC1346618	Groottereductie van pellets en film in MPs en NPs
Software
FTIR-Spectroscopie software	Perkin Elmer, Waltham, MA, USA	Spectrum 10	Verzamelen van spectra van