แปลและเรียบเรียง โดย มาริสา คุณธนวงศ์

ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

ขยะพลาสติกที่ลงสู่มหาสมุทรและแม่น้ำก่อให้เกิดภัยคุกคามต่อสิ่งแวดล้อมในระดับโลก โดยสร้างความเสียหายต่อสุขภาพของสัตว์ มนุษย์ และระบบนิเวศ เมื่อไม่นานมานี้นักวิจัยในออสเตรเลียได้พัฒนาวิธีการใหม่โดยการนำเกลียวสปริงที่ทำจากคาร์บอนมาใช้กำจัดไมโครพลาสติกในแหล่งน้ำโดยไม่ทำอันตรายต่อจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ในบริเวณใกล้เคียง งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ลงในวารสาร Matter เมื่อวันที่ 31 กรกฎาคม ที่ผ่านมา

รู้จัก ‘ไมโครพลาสติก’

กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง เผยให้เห็นเศษไมโครพลาสติกในเครื่องสำอาง เครดิต : Xiaoguang Duan / Matter

ไมโครพลาสติกเป็นพลาสติกขนาดจิ๋วซึ่งมีขนาดเล็กกว่า 5 มิลลิเมตร มันสามารถแพร่กระจายเข้าสู่สิ่งแวดล้อมทางทะเลได้จากการทิ้งขยะและของเสียลงสู่แหล่งน้ำ และเนื่องจากไมโครพลาสติกเหล่านี้สามารถดูดซับสารปนเปื้อนอินทรีย์และโลหะได้ มันจึงเป็นตัวการสำคัญในการนำสารพิษเข้าสู่ห่วงโซ่อาหาร และก่อให้เกิดการสะสมสารพิษตลอดห่วงโซ่อาหารซึ่งส่งผลกระทบที่เป็นอันตรายต่อมนุษย์โดยตรง

ยิ่งไปกว่านั้น มีรายงานการตรวจพบสารก่อมะเร็งหลายชนิดที่ปนเปื้อนอยู่ในไมโครพลาสติก อาทิเช่น ดีดีที (DDT) และ พอลิคลอริเนตไบฟีนิล (PCBs) เป็นต้น

ปัจจุบัน มีการใช้ไมโครพลาสติกกันอย่างแพร่หลาย ยกตัวอย่างเช่น เม็ดขัดผิวในเครื่องสำอางที่มีขนาดเล็กเกินกว่าจะถูกกรองออกระหว่างการบำบัดน้ำจากโรงงานอุตสาหกรรม

ดังนั้น Shaobin Wang ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเคมีของมหาวิทยาลัยแอดิเลด (University of Adelaide) ประเทศออสเตรเลีย จึงคิดค้นนาโนสปริงที่ทำจากคาร์บอน มีความเสถียรและแข็งแรงในการย่อยสลายไมโครพลาสติกให้กลายเป็นสารประกอบที่ไม่เป็นพิษคุกคามต่อระบบนิเวศทางทะเล

ออกแบบใหม่ ปราศจากส่วนประกอบที่เป็นพิษ

ในการย่อยสลายไมโครพลาสติกที่ผ่านมา นักวิจัยต้องใช้สารเคมีที่มีอายุสั้นเรียกว่าอนุพันธ์ออกซิเจนที่ว่องไว (reactive oxygen species; ROS) หรืออนุมูลอิสระ (Free radical) กระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ไปตัดโมเลกุลยาวของไมโครพลาสติกให้กลายเป็นส่วนเล็กๆซึ่งไม่เป็นพิษและสามารถละลายในน้ำได้

อย่างไรก็ตาม อนุพันธ์ออกซิเจนที่ว่องไวดังกล่าวนั้นผลิตโดยใช้โลหะหนัก เช่น เหล็ก หรือโคบอลต์ ซึ่งเป็นสารพิษและมีผลกระทบที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม

เพื่อแก้ปัญหานี้ นักวิจัยจึงคิดค้นวิธีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม จนในที่สุด ทีมวิจัยได้ออกแบบท่อนาโนคาร์บอนที่เคลือบด้วยไนโตรเจนเพื่อช่วยกระตุ้นการผลิตอนุพันธ์ออกซิเจนที่ว่องไวแทนการใช้โลหะหนัก

ท่อนาโนคาร์บอนที่ทีมผลิตนี้มีรูปร่างคล้ายสปริง สามารถทำลายส่วนสำคัญของไมโครพลาสติกได้ในเวลาเพียง 8 ชั่วโมง โดยที่ตัวมันเองยังคงเสถียรแม้อยู่ในสภาวะออกซิเดชันที่รุนแรงซึ่งเป็นสภาวะที่จำเป็นต่อการทำลายไมโครพลาสติก

ภาพจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน แสดงให้เห็นรูปร่างท่อนาโนขนาดจิ๋วที่บิดเป็นเกลียวคล้ายสปริง

รูปร่างเกลียวคล้ายสปริงเพิ่มความเสถียรและเพิ่มพื้นที่ผิวในการเกิดปฏิกิริยา นอกจากนี้ยังมีการฝังแมงกานีสในปริมาณเล็กน้อยเพื่อป้องกันไม่ให้สปริงจิ๋วถูกชะลงไปในน้ำ ทั้งยังทำให้มันมีสมบัติความเป็นแม่เหล็ก จึงง่ายต่อการเก็บกลับมาใช้ซ้ำได้ด้วย

การทดสอบ

ทีมได้ทดสอบเทคนิคนี้ในตัวอย่างน้ำ 80 มิลลิลิตรที่ปนเปื้อนด้วยอนุภาคไมโครพลาสติก จากนั้นใช้นาโนสปริงบำบัดน้ำที่อุณหภูมิ 120 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 8 ชั่วโมง ผลพบว่า ไมโครพลาสติกลดลง 30 – 50 เปอร์เซ็นต์

ทิ้งท้าย  

อย่างไรก็ตาม ทีมวิจัยต้องการศึกษาเพิ่มเติมเพื่อมุ่งเน้นไปยังประสิทธิภาพของนาโนสปริงและสร้างความมั่นใจให้กับผู้ใช้งานว่า นาโนสปริงนี้สามารถใช้งานได้กับไมโครพลาสติกที่มีความแตกต่างกันทั้งองค์ประกอบ รูปร่าง และต้นกำเนิด ทั้งยังศึกษาเพื่อที่จะยืนยันว่าไม่มีสารเคมีใดๆที่เป็นพิษเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการสลายไมโครพลาสติก ทั้งในสถานะสารตัวกลาง(intermediates) หรือผลพลอยได้ (by-products) ก็ตาม

ยิ่งไปกว่านั้น ทีมคาดหวังว่าผลพลอยได้หรือสารตัวกลางที่เกิดขึ้นนี้สามารถใช้เป็นพลังงานให้แก่จุลินทรีย์หรือสาหร่ายได้ด้วย

คงเป็นการดีและคุ้มทุนมาก หากวิธีนี้สามารถกำจัดมลภาวะทางทะเลพร้อมทั้งผลิตอาหารให้กับจุลินทรีย์ได้ในคราวเดียวกัน!

แหล่งข้อมูลอ้างอิงและเพิ่มเติม

www.sciencedaily.com/releases/2019/07/190731131131.htm

https://ceramics.org/ceramic-tech-today/environment/spring-cleanup-carbon-nanosprings-break-down-marine-microplastic-pollution

www.sciencenews.org/article/tiny-magnetic-coils-could-help-break-down-microplastic-pollution

https://cosmosmagazine.com/chemistry/carbon-nanosprings-could-break-down-microplastics

งานวิจัยฉบับเต็ม : Jian Kang, Li Zhou, Xiaoguang Duan, Hongqi Sun, Zhimin Ao, Shaobin Wang. Degradation of Cosmetic Microplastics via Functionalized Carbon Nanosprings. Matter, 2019; DOI: 10.1016/j.matt.2019.06.004

Scroll Up