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由于微塑料很難從環(huán)境中清除，因此最近受到了廣泛的關(guān)注。目前，篩分和過(guò)濾是捕獲水中微塑料的主要方法。但是，這是不切實(shí)際的，因為過(guò)濾器容易堵塞并且需要定期清潔或更換。另一個(gè)問(wèn)題是，不可能收集小于0.3毫米(網(wǎng)眼浮游生物凈孔徑大小)的東西。這是不幸的，因為引起破壞的大多數微塑料都比這種塑料小，對生態(tài)和生物系統的影響未知。

已經(jīng)設計出一種有前途的收集這種微塑料的新方法，該方法利用聲學(xué)將它們收集在水中。設計并制造了一個(gè)體聲波(BAW)裝置，該裝置可以引導微塑料，將它們收集在中間通道中，而水則從兩側通道中流出。這項研究的主意是在紡織科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專(zhuān)門(mén)從事環(huán)境分析的森浩弘教授問(wèn)到該研究的第一作者秋山芳武副教授是否從工程的角度出發(fā)解決水中的微塑料的。

研究人員關(guān)注的事實(shí)是，我們海洋中最大的微塑料來(lái)源之一是洗衣機。典型的洗衣機每100升洗滌周期排放約一萬(wàn)根纖維。我們的許多衣服都是用化學(xué)纖維制成的，而細小的塑料纖維碎片會(huì )在洗衣機中脫落。廢水處理廠(chǎng)目前無(wú)法捕獲微塑料。

研究人員決定創(chuàng )建一種通過(guò)壓電振動(dòng)收集微塑料和微塑料纖維的設備。通過(guò)以適合于微塑料的長(cháng)度，直徑和可壓縮性的力和振幅使用聲音，碎屑會(huì )聚集在三通道設備的中間。側面的兩個(gè)通道排出清潔的水，而微塑料纖維聚集在中間，利用壓電元件進(jìn)行聲學(xué)聚焦，從而產(chǎn)生聲駐波。不同類(lèi)型的微塑料具有不同類(lèi)型的密度，體積模量和可壓縮性，這導致了不同的聲學(xué)對比度(ACF)。通過(guò)將微通道的寬度選擇為水中波長(cháng)的一半，可以促使粒子聚集在管的中間。大約花了0。

研究人員在為實(shí)驗準備微塑料時(shí)遇到了麻煩：很難制造出合適尺寸的微塑料。最初，他們嘗試使用混合機將纖維切成相同的長(cháng)度，但塑料纖維卻無(wú)法切割。通過(guò)詢(xún)問(wèn)紡織部門(mén)的同事，研究人員發(fā)現了Kanehara絨毛制造商，后者為他們提供了研究所需的材料。

對于該實(shí)驗，設計了一個(gè)公式來(lái)計算針對目標微塑料纖維尼龍6，PET和聚苯乙烯微粒的最佳聲聚焦。收集率非常高，當不考慮粘附在墻上的最小顆粒時(shí)，PET的收集率為95%，尼龍6的收集率為99%。流體動(dòng)力使纖維對齊，從而使BAW設備避免堵塞。使用運動(dòng)分析軟件跟蹤粒子。為了將來(lái)的改進(jìn)，可以通過(guò)使用使粗糙度最小化和阻止粘附的方法來(lái)產(chǎn)生微通道的表面。

實(shí)際應用和可伸縮性所需的改進(jìn)包括使用多個(gè)具有不同直徑的串行和并行通道，并強制捕獲所有類(lèi)型的微塑料。通過(guò)添加多個(gè)通道(7個(gè)三叉通道，意味著(zhù)3等于7的冪)，可以將100升洗衣水毫不費力地濃縮為50 mL，這很容易丟棄或燃燒。該研究使用了現實(shí)應用中所期望的最大濃度的微塑性纖維。當前實(shí)施的限制是消耗過(guò)程將花費很長(cháng)時(shí)間。

通過(guò)這項研究，捕獲了直徑為15μm的PS珠，理論上，該BAW設備能夠捕獲的PS珠的最小尺寸為4.3μm。修改BAW設備可以捕獲較小的珠子。廢水中的大多數微塑料的直徑為10μm，長(cháng)度為2至200μm。BAW設備可以成功捕獲此類(lèi)微塑料。為了捕獲直徑小于100 nm的納米塑料，聲流體技術(shù)需要進(jìn)一步發(fā)展。