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Jan 10, 2024

Un dispositivo de microfluidos para recolectar microplásticos mediante enfoque acústico

Partículas de desechos plásticos de menos de 5 mm de tamaño, conocidas como microplásticos

Las partículas de desechos plásticos de menos de 5 mm de tamaño, conocidas como microplásticos (MP), son una preocupación ambiental grave. Formados por la descomposición de desechos plásticos debido al desgaste y la luz solar o producidos por desechos de fibra en aguas residuales de lavandería y como microesferas en productos de belleza, se adsorben e introducen sustancias químicas nocivas que contaminan el medio ambiente. Para 2050, los parlamentarios podrían superar en número a los peces en los océanos. Bajo estas circunstancias, la recolección y eliminación de MP del agua son cruciales.

Convencionalmente, las MP se recolectan filtrando el agua a través de mallas. La arena y los desechos biológicos se eliminan de las MP recolectadas mediante separación por densidad y tratamiento químico, respectivamente. Después de eso, los MP se recogen manualmente, lo cual es laborioso y requiere mucho tiempo. Además, las mallas pueden obstruirse fácilmente y no pueden recoger partículas más pequeñas que su apertura. También requieren un mantenimiento frecuente y son caros. Ante estas deficiencias,investigadores han desarrolladodispositivos de microfluidos, sistemas que controlan pequeñas cantidades de fluidos utilizando canales del tamaño de un micrómetro, que utilizan enfoque acústico para recolectar MP.

La tecnología acústica genera ondas ultrasónicas que transportan MP al centro de la corriente de fluido y, por tanto, enriquecen, es decir, aumentan la cantidad recogida, de MP. Sin embargo, el alto enriquecimiento de MP utilizando los dispositivos microfluídicos actuales requiere una recirculación repetida de fluidos a través de ellos. En este sentido, un grupo de investigadores, dirigido por el profesor Yoshitake Akiyama del Departamento de Ingeniería Mecánica y Robótica de la Facultad de Ciencia y Tecnología Textil de la Universidad de Shinshu, ha desarrollado un dispositivo de alto enriquecimiento para MP de 10–200 μm.

Este dispositivo ha sido informado en un estudio en coautoría del profesor Hiroshi Moriwaki del Departamento de Biología Aplicada, Facultad de Ciencia y Tecnología Textil, Universidad de Shinshu, que estuvo disponible en línea el 26 de marzo de 2023 y se publicará en el Volumen 315 de la Revista Tecnología de separación y purificación del 15 de junio de 2023.

"Nuestro dispositivo de microfluidos propuesto, que está diseñado en base a una analogía hidráulica-eléctrica, tiene tres microcanales de 1,5 mm de ancho conectados a través de cuatro uniones trifurcadas de 0,7 mm de ancho en serie. onda de frecuencia de resonancia de 500 kHz. Como resultado, debe ocurrir un enriquecimiento de 3,2 veces de MP en cada unión, lo que da como resultado un enriquecimiento general de 105 veces en el dispositivo", explica Akiyama, describiendo el diseño de su dispositivo. Mientras que las MP se recolectan de la rama central de las uniones trifurcadas, el fluido libre de MP restante se elimina de las otras ramas.

Los investigadores evaluaron el rendimiento de recolección del dispositivo midiendo sus índices de recolección total para micropartículas de 5, 10, 15, 25, 50 y 200 μm de diámetro. Las tasas de recolección excedieron el 90 por ciento para todas las micropartículas excepto las de 5 μm, que eran demasiado pequeñas para controlarlas acústicamente. Además, los investigadores probaron el dispositivo utilizando dos mezclas de agua de muestra, una con MP pequeños (25 a 200 μm) y otra con MP muy pequeños (10 a 25 μm). Sus tasas de recolección oscilaron entre el 70 y el 90 por ciento, y el enriquecimiento real de los MP varió de la mitad del valor de diseño de 105 al valor de diseño.

Aunque se descubrió que algunos MP ralentizan y obstruyen las paredes de los microcanales del dispositivo por la fuerza de la radiación acústica, los investigadores creen que estas limitaciones menores se pueden abordar fácilmente mediante la filtración previa y mejorando el enfoque 2D.

Un optimista Akiyama concluye: "Este dispositivo de microfluidos propuesto basado en el enfoque acústico puede recolectar MP de 10 a 200 μm de manera eficiente, rápida y continua sin recirculación después de la filtración previa de MP más grandes a través de una malla. Se puede instalar en lavadoras, fábricas , y otras fuentes de MP para enriquecer y eliminar eficientemente MP de varios tamaños de las aguas residuales industriales y de lavandería. Esto permitirá evitar la descarga de MP al medio ambiente".

Hemos cruzado los dedos por un entorno más limpio libre de microplásticos, gracias a este útil invento de los investigadores de la Universidad de Shinshu.

- Este comunicado de prensa se publicó originalmente en el sitio web de la Universidad Shinshu