五顏六色的塑料顆粒在大多數水道的表面下漂流，從上游的小河到北冰洋。這些幾乎不可見的微塑料寬度小於5毫米，對水生動物和植物以及人類都有潛在的危害。因此，研究人員正在設計去除它們的方法，並從源頭上阻止它們。今天，一個團隊報告了一個用鋼管和脈衝聲波製成的兩階段裝置，可以從真實的水樣中去除大部分的塑料顆粒。

研究人員將在美國化學學會（ACS）的春季會議上展示他們的成果。ACS 2023年春季會議是一個混合會議，將於3月26日至30日以線上和現場的方式同事舉行，並有超過10000個關於廣泛科學主題的演講。

該項目主要研究人員Menake Piyasena博士說：”這個想法來自於與一位同事的討論，他說我們需要新的方法來收集水中的微塑料。因為聲學力量可以將顆粒推到一起，我想知道我們是否可以利用它們來聚集水中的微塑料，使塑料更容易被清除。”

過濾是最常用的從水中去除這些材料的技術。例如，洗衣機出水口的過濾器可以使洗衣時從衣服上脫落的纖維不進入廢水。但這種方法在大規模的情況下可能很昂貴，需要定期清洗過濾器，因為過濾器可能會被堵塞。

另一個選擇是用聲學力量或聲波集中流水中的塑料顆粒，將能量傳遞給附近的顆粒，使其中一些顆粒振動和移動。試想一下，一個揚聲器播放著響亮的音樂，震動著地面，使灰塵和污垢的碎片相互反彈。科學家們已經在利用這種現像從液體中分離生物顆粒，如從血漿中分離紅細胞。

最近，一些團隊將這種方法應用於從他們在實驗室用純水製備的樣品中分離出微塑料。但是這項工作是用極小體積的水完成的。他們還使用了只有幾十微米寬的微塑料，這比人類頭髮的寬度還要小，新墨西哥理工學院Piyasena實驗室的一名研究生Nelum Perera解釋說。

為了適應更高的水流量，Perera創建了一個概念驗證裝置，用8毫米寬的鋼管連接到一個入口管和多個出口管。然後她在金屬管的一側連接了一個換能器。當換能器被打開時，它在金屬管上產生超聲波，當微塑料通過該系統時對它們施加聲波，使它們更容易被捕獲。Piyasena解釋說，與傳統的過濾方法相比，該原型設備相對簡單，因為它不像過濾器那樣容易堵塞。

在對聚苯乙烯、聚乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等微塑料的初步實驗中，研究人員發現，較小（6-180微米寬）的顆粒與較大（180-300微米寬）的顆粒在聲學力的作用下表現得不同。在純水中加註，兩種尺寸的顆粒都沿著通道的中心排列，從中間的出口流出，而乾淨的水則從周圍的出口流出。但是，如果在水中加入洗衣粉或織物柔軟劑，較大的顆粒就會向兩側集中，通過側面出口流出，而潔淨的水則從中間出口流出。

基於這些結果，研究人員著手開發一個能夠利用這些不同運動的系統。他們將兩個鋼管串聯起來： 第一級捕獲寬度小於180微米的小型微塑料，而帶有剩餘較大微塑料的水流則進入第二級進行淨化。”Perera說：”我們通過這種方式去除70%以上的小塑料和82%以上的大塑料。

為了證明兩階段系統可以在現實世界中應用，Perera和Piyasena從新墨西哥理工學院校園的一個池塘和格蘭德河中收集水。他們過濾了所有的樣本，以去除大型污染物，留下的水仍然含有可能影響分離的溶解物質。接下來，他們在水中加入了微塑料。當環境水樣通過聲學裝置時，塑料顆粒被有效地去除，就像從純水中一樣。有了這個原型，佩雷拉估計目前的設備運行一小時的成本約為7美分，清潔一升水需要約一個半小時。

該團隊的下一步是開發一個具有更寬的管道或多管束的系統，並在未加料的真實世界樣本上進行嘗試，包括海水和洗衣機的廢水。Piyasena說：”我們已經表明，聲學力量可以用來集中各種尺寸的微塑料。從這裡開始，我們想證明這可以在更大的範圍內用已經有微塑料的真實樣品來完成。”