芬蘭VTT利用植物纖維開發防止微塑膠流出的過濾技術

撰文者: 塑膠智庫 | 出刊日期:2023-07-28 | 文章編號:RG7ZZRRXKH


芬蘭VTT技術研究中心利用奈米纖維素開發了一種捕獲微塑膠的方法。該方法使用奈米纖維素膜結合水凝膠,在微塑膠進入海洋之前就能有效地進行捕獲。


芬蘭VTT開發奈米纖維素方法捕獲微塑膠粒子

芬蘭技術研究中心(Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus In Finnish, VTT)利用奈米纖維素開發了一種捕獲微塑膠的方法。該方法使用奈米纖維素膜結合水凝膠,具有網格狀多孔結構和較大的BET(Brunauer-Emmett-Teller)表面積。在水中,奈米纖維素能產生強大的毛細管力,吸附被搬運至網格的微塑膠。這種方法可以捕獲直徑僅有100nm的微塑膠粒子,即使人眼難以辨識的微小粒子也能被捕獲。


奈米纖維素是可持續植物來源材料,可對微塑膠進行識別、分析

奈米纖維素是一種非常小的纖維素,主要來自植物,具有重量輕和高強度的特性。它不會因為溫度變化而膨脹或收縮,對環境的影響較小,因此作為可持續植物來源材料而備受關注。研究人員使用奈米纖維素結構,在早期階段就能識別和分析微塑膠,以獲取相關資訊。例如,研究人員可以測定水中的微塑膠濃度,並進一步分析塑膠寶特瓶中的飲料水是否釋放微塑膠粒子。


創新價廉微塑膠過濾裝置,對微塑膠污染的場所進行捕獲

未來研究團隊將開發價廉的微塑膠過濾裝置,針對微塑膠發生的場所進行捕獲。例如,在洗衣機中設置過濾膜,可以捕獲洗衣過程中從毛絨材質衣物或其他合成纖維釋出的微塑膠。此外,研究人員還將研究並開發適用於可能產生和釋放微塑膠到排水道的行業的過濾方法。

參考資料

私たちの暮らしにはプラスチックがあふれている。家の中を見渡すと、食器や洋服、冷蔵庫から洗濯機まで多岐にわたる製品にプラスチックは使われている。一見プラスチックでないようなものでも部分的に使われていることも多く、完全にプラスチックを排除した生活はなかなか難しいとさえ思われる。スーパーにエコバッグを持参し、レジ袋をもらわないようにする取り組みなどはよく見受けられ、プラスチックが漠然と「環境に良くない」と考える人は多いだろう。
特に石油からつくられるプラスチックは分解されにくく、1mmもしくは5mm以下の小さなプラスチックとして残ることが多い。マイクロプラスチックと呼ばれるこの小さなプラスチックは、シャンプーや日焼け止めなど多くの日用品に含まれているが、とても小さいために下水処理場で完全に処理できず、その一部がフィルターを通過して海に流されており、人体や海洋生物に与える影響などについて研究が進められている。
そんな中、VTTフィンランド技術研究センター(以下、VTT)は、ナノセルロースという繊維物質を用いて海に流れ出す前にマイクロプラスチックを捕獲する方法を開発した。
ナノセルロースとは、主に植物を由来とする非常に小さいセルロース(炭水化物の一種)繊維のことを指す。軽量で強度が高いことに加えて温度変化による伸縮が小さく、環境負荷が少ないという特徴を持ち、車の部品や住宅建材からフィルターや食品フィルム、医薬品や化粧品まで幅広く用いられ、次世代のバイオ素材(植物由来の素材)として注目されている。
研究チームは、このナノセルロースの膜とヒドロゲル(水分を含むゼリー状のゲル)を使用したマイクロプラスチック捕獲法を考えた。ナノセルロースはメッシュのような多孔質構造と大きなBET比表面積(単位質量あたりの表面積)を持ち、水中で強力な毛管力(狭い空間への水の出入りの際に生じる力)を構造内で生成するため、メッシュ内に運ばれたマイクロプラスチックをそのまま吸着できる。この方法を用いることで、直径わずか100ナノメートルといった、人間の目では検出できないサイズのマイクロプラスチック粒子を捕獲できるのだ。
「ナノセルロース構造を使用すると、マイクロプラスチックを識別して分析し、はやい段階でその情報を取得できる。たとえば、水中のマイクロプラスチックの濃度を測定して、プラスチックボトルから飲料水中にマイクロプラスチック粒子が放出されるかどうかなどを分析できるようになる。」と、VTTのリサーチプロフェッサーであるテクラ・タメリン氏は述べている。
次のステップは、マイクロプラスチックが発生する場所でマイクロプラスチックを捕獲することと、新しい安価なろ過ソリューションの開発。このろ過膜を洗濯機に設置することで、フリース素材の衣類や他の合成繊維から放出されるマイクロプラスチックを捕獲できるようになる。また研究チームは、マイクロプラスチックを生成して水路に放出するリスクを持つ業界用のろ過方法の開発も計画している。
植物由来のエコな材料を用い、捕獲が困難なマイクロプラスチックを捕えるというVTTの新たな解決策。今後のさらなる研究開発が期待される。

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A thousand litres of seawater can contain up to 8.3 million particles of microplastics. Until now, identifying these very small particles has been difficult – usually they are only detected once they have accumulated in the bodies of fish. A method developed at VTT utilises nanocellulose structures for early particle identification. Nanocellulose would allow particles to be captured even before they enter waterways.
The properties of nanocellulose films and hydrogels support the identification and capture of very small microplastic particles.
“Nanocellulose has a mesh-like, porous structure and a large BET surface area. In the water, powerful capillary forces are generated in this structure, allowing particles to be transported inside the mesh and bound there”, says Research Professor Tekla Tammelin from VTT.
The method provides a way to catch microplastic particles of a size that the human eye cannot detect. These are particles with a diameter of only 100 nanometres.
“Nanocellulose structures can be used to identify and analyse these particles and to obtain information about their behaviour at an earlier stage. We can determine the concentration of particles in water and analyse, for example, whether particles are released drinking water from plastic bottles.”
Next step: filtration methods
The identification of microplastic particles with nanocellulose structures has been developed at VTT as part of the FinnCERES flagship project, which is exploring new bio-based material solutions. The next step could be to develop new and inexpensive filtration solutions utilising the method.
“New filtration solutions would allow particles to be captured where they are generated. The solutions could be utilised, for example, in laundry, where microplastic particles are released from fleece clothing and other synthetic fibres. Similarly, we could develop filtration methods for any industry where there is a risk of microplastics being generated and released waterways.”

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