Le nanoplastiche producono inaspettatamente specie ossidanti reattive se esposte alla luce

La plastica è onnipresente nella nostra società, si trova negli imballaggi e nelle bottiglie e costituisce oltre il 18% dei rifiuti solidi nelle discariche. Molte di queste materie plastiche si fanno strada anche negli oceani, dove impiegano fino a centinaia di anni per scomporsi in pezzi che possono danneggiare la fauna selvatica e l'ecosistema acquatico.

Un team di ricercatori, guidato da Young-Shin Jun, professore di ingegneria energetica, ambientale e chimica presso la McKelvey School of Engineering della Washington University di St. Louis, ha analizzato come la luce scompone il polistirene, una plastica non biodegradabile da cui si ricavano noccioline, DVD vengono realizzati astucci e utensili usa e getta. Inoltre, hanno scoperto che le particelle nanoplastiche possono svolgere ruoli attivi nei sistemi ambientali. In particolare, se esposte alla luce, le nanoplastiche derivate dal polistirene hanno inaspettatamente facilitato l'ossidazione dell'acqua manganese ioni e la formazione di solidi di ossido di manganese che possono influenzare il destino e il trasporto di contaminanti organici nei sistemi idrici naturali e tecnici.

La ricerca, pubblicata in ACS Nanoil 27 dicembre 2022, ha mostrato come la reazione fotochimica delle nanoplastiche attraverso l'assorbimento della luce generi radicali perossilici e superossidi su nanoplastico superfici e avvia l'ossidazione del manganese in solidi di ossido di manganese.

"Poiché più detriti di plastica si accumulano nell'ambiente naturale, ci sono crescenti preoccupazioni per i suoi effetti negativi", ha affermato Jun, che guida l'Environmental Nanochemistry Laboratory. “Tuttavia, nella maggior parte dei casi, ci siamo preoccupati dei ruoli della presenza fisica delle nanoplastiche piuttosto che dei loro ruoli attivi come reagenti. Abbiamo scoperto che particelle di plastica così piccole possono interagire più facilmente con sostanze vicine, come metalli pesanti e contaminanti organici, e possono essere più reattive di quanto pensassimo in precedenza».

Jun e il suo ex studente, Zhenwei Gao, che ha conseguito un dottorato in ingegneria ambientale presso WashU nel 2022 ed è ora uno studioso post-dottorato presso l'Università di Chicago, hanno dimostrato sperimentalmente che i diversi gruppi funzionali superficiali sulle nanoplastiche di polistirene influenzano i tassi di ossidazione del manganese influenzando il generazione dei radicali altamente reattivi, radicali perossilici e superossidi. La produzione di queste specie reattive dell'ossigeno dalle nanoplastiche può mettere in pericolo la vita marina e la salute umana e potenzialmente influisce sulla mobilità delle nanoplastiche nell'ambiente attraverso reazioni redox, che a sua volta potrebbe avere un impatto negativo sul loro risanamento ambientale.

Il team ha anche esaminato gli effetti delle dimensioni delle nanoplastiche di polistirene sull'ossidazione del manganese, utilizzando particelle da 30 nanometri, 100 nanometri e 500 nanometri. Le due nanoparticelle di dimensioni maggiori hanno impiegato più tempo per ossidare il manganese rispetto alle particelle più piccole. Alla fine, le nanoplastiche saranno circondate da fibre di ossido di manganese di nuova formazione, che possono renderle facilmente aggregate e possono modificarne la reattività e il trasporto.

“La dimensione delle particelle più piccole delle nanoplastiche di polistirene può decomporsi e rilasciare più facilmente materia organica a causa della loro superficie più ampia", ha detto Jun. “Questa materia organica disciolta può produrre rapidamente specie reattive dell'ossigeno alla luce e facilitare l'ossidazione del manganese. 

"Questo lavoro sperimentale fornisce anche utili approfondimenti sulla nucleazione eterogenea e sulla crescita di solidi di ossido di manganese su tali substrati organici, il che avvantaggia la nostra comprensione delle occorrenze di ossido di manganese nell'ambiente e la sintesi di materiali ingegnerizzati", ha affermato Jun. “Questi solidi di manganese sono eccellenti spazzini di specie redox-attive e metalli pesanti, influenzando ulteriormente il ciclo redox degli elementi geochimici, la mineralizzazione del carbonio e il metabolismo biologico in natura.

Il team di Jun ha in programma di studiare la scomposizione di diverse fonti di plastica comuni che possono rilasciare nanoplastiche e specie ossidanti reattive e di studiare i loro ruoli attivi nell'ossidazione degli ioni di metalli pesanti e di transizione in futuro.null

Per maggiori informazioni: Zhenwei Gao et al, Ruoli ossidativi delle nanoplastiche a base di polistirene nell'indurre la formazione di ossido di manganese sotto illuminazione leggera, ACS Nano (2022). DOI: 10.1021/acsnano.2c05803

Informazioni sulla rivista: ACS Nano 

Fornito da Università di Washington a St. Louis

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• Fonte: https://genesisnanotech.wordpress.com/2023/01/07/nanoplastics-unexpectedly-produce-reactive-oxidizing-species-when-exposed-to-light/