Microplastics krijgen de laatste tijd veel aandacht vanwege hun moeilijkheid om uit het milieu te verwijderen. Zeven en filtratie zijn momenteel de belangrijkste manier om microplastics in water op te vangen. Echter, dit is onpraktisch omdat filters gemakkelijk verstoppen en regelmatig moeten worden schoongemaakt of vervangen. Een ander probleem is dat het onmogelijk was om iets kleiner dan 0,3 mm te verzamelen, de grootte van de mesh plankton netto poriediameter. Dit is jammer omdat de meeste microplastics die schade veroorzaken kleiner zijn dan dat, met onbekende effecten op de eco- en biosystemen.

Er is een veelbelovende nieuwe methode bedacht om dergelijke microplastics te verzamelen met behulp van akoestiek om ze in water te verzamelen. Er is een bulk akoestische golf (BAW) apparaat ontworpen en gefabriceerd dat microplastics kanaliseert, ze verzamelen in het middelste kanaal terwijl het water uit de twee zijkanalen stroomt. Het idee voor deze studie ontstond toen professor Hiroshi Moriwaki, gespecialiseerd in milieuanalyse aan de faculteit Textielwetenschappen en Technologie vroeg universitair hoofddocent Yoshitake Akiyama, eerste auteur van de studie of er een manier was om microplastics in water vanuit een technisch oogpunt aan te pakken.

De onderzoekers concentreerden zich op het feit dat een van de grootste bronnen van microplastics in onze oceanen afkomstig is van wasmachines. Een typische wasmachine ontlaadt ongeveer tienduizend vezels per wasbeurt van 100 liter. Veel van onze kleding is gemaakt van chemische vezels, en in de wasmachine breken kleine stukjes microplastic vezels af. Waterzuiveringsinstallaties zijn momenteel niet in staat microplastics af te vangen.

De onderzoekers besloten een apparaat te maken dat microplastics en microplastic vezels opvangt door piëzo-trillingen. Door akoestiek te gebruiken met een kracht en amplitude die geschikt zijn voor de lengte, diameter en samendrukbaarheid van het microplastic, puin verzamelt zich in het midden van een apparaat met drie kanalen. De twee kanalen aan de zijkant voeren schoon water af terwijl de microplastische vezels zich in het midden verzamelen, akoestisch gefocust zijn met behulp van het piëzo-element om de akoestische staande golf te creëren. Verschillende soorten microplastics hebben verschillende soorten dichtheden, bulkmodulus en samendrukbaarheid wat zorgt voor een andere akoestische contrastfactor (ACF). Door de breedte van het microkanaal te kiezen op de helft van de golflengte in water, de deeltjes worden geïnduceerd om zich in het midden van de buis te verzamelen. Het duurde ongeveer 0,7 seconden voordat de deeltjes op deze manier waren gefocusseerd.

De onderzoekers kwamen in de problemen bij het voorbereiden van microplastics voor het experiment:het was moeilijk om microplastics van de juiste grootte te maken. Eerst probeerden ze een blender te gebruiken om de vezels op dezelfde lengte te hakken, maar de plastic vezels wilden niet snijden. Door collega's van de Textielafdeling te vragen, de onderzoekers ontdekten de fabrikant van Kanehara Pile, die hen vriendelijk voorzag van materialen die nodig waren voor onderzoek.

Voor het experiment, er is een formule bedacht om de beste akoestische focussering te berekenen voor het richten op microplastische vezels Nylon 6, HUISDIER, en polystyreen microdeeltjes. De incassotarieven waren zeer hoog, 95% voor PET en 99% voor Nylon 6 zonder rekening te houden met minimale deeltjes die aan de muren blijven plakken. De hydrodynamische kracht lijnt de vezels uit zodat het BAW-apparaat verstopping voorkomt. De deeltjes werden gevolgd met behulp van bewegingsanalysesoftware. Voor toekomstige verbeteringen, het oppervlak van de microkanalen kan worden geproduceerd door methoden te gebruiken om ruwheid te minimaliseren en plakken te ontmoedigen.

Verfijningen die nodig zijn voor toepassingen in de echte wereld en schaalbaarheid omvatten het gebruik van meerdere kanalen in serie en parallel met verschillende diameters en kracht om alle soorten microplastics op te vangen. Door meerdere kanalen toe te voegen (7 in drieën verdeelde, wat betekent 3 tot de kracht van 7) 100 liter waswater kan moeiteloos worden geconcentreerd tot 50 ml, die het gemakkelijk zou maken om weg te gooien of te verbranden. De studie gebruikte concentraties van microplastische vezels van het maximum dat verwacht wordt in toepassingen in de echte wereld. De huidige limieten voor implementaties zijn dat het droogleggingsproces lang zou duren.

Met deze studie, PS-kralen met een diameter van 15 m werden gevangen, en in theorie, de minimale grootte van PS-kralen die door dit BAW-apparaat kunnen worden vastgelegd, is 4,3 m. Kleinere kralen kunnen worden vastgelegd met aanpassingen aan het BAW-apparaat. De meeste microplastics in afvalwater hebben een diameter van 10 m en een lengte van 2 tot 200 m. Het BAW-apparaat kan dergelijke microplastics met succes opvangen. Verdere ontwikkelingen op het gebied van akoestiek zijn nodig om nanoplastics kleiner dan 100 nm in diameter te vangen.