Les nanoplastiques produisent de manière inattendue des espèces oxydantes réactives lorsqu'ils sont exposés à la lumière.
Les Plastiques sont omniprésents dans notre société : on les trouve dans les emballages et les bouteilles, et ils représentent plus de 18 % des déchets solides dans les décharges. Nombre de ces plastiques se retrouvent également dans les océans, où ils mettent jusqu'à des centaines d'années à se décomposer en morceaux susceptibles de nuire à la faune et à l'écosystème aquatique.
Les nanoplastiques facilitent la chimie redox dans l'environnement sous l'éclairage de la lumière. Perles de latex de polystyrène (PS-nu) sans modification de surface, perles de latex de polystyrène modifiées par un carboxylate (PS-COOH), et perles de latex de polystyrène modifiées par une amine (PS-NH2) radicaux superoxydes (O2--), radicaux peroxyles (ROO-).
Jun lab, McKelvey School of Engineering at Washington University in St. Louis
Une équipe de chercheurs, dirigée par Young-Shin Jun, professeur d'ingénierie énergétique, environnementale et chimique à la McKelvey School of Engineering de l'université Washington de Saint-Louis, a analysé comment la lumière décompose le polystyrène, un plastique non biodégradable à partir duquel sont fabriqués les emballages, les boîtiers de DVD et les ustensiles jetables. En outre, ils ont découvert que les particules nanoplastiques peuvent jouer un rôle actif dans les systèmes environnementaux. En particulier, lorsqu'ils sont exposés à la lumière, les nanoplastiques dérivés du polystyrène facilitent de manière inattendue l'oxydation des ions manganèse aqueux et la formation de solides d'oxyde de manganèse qui peuvent affecter le devenir et le transport des contaminants organiques dans les systèmes d'eau naturels et techniques.
La recherche, publiée dans ACS Nano le 27 décembre 2022, a montré comment la réaction photochimique des nanoplastiques par absorption de la lumière génère des radicaux peroxyle et superoxyde sur les surfaces nanoplastiques, et initie l'oxydation du manganèse en solides d'oxyde de manganèse.
"Comme de plus en plus de débris plastiques s'accumulent dans l'environnement naturel, on s'inquiète de plus en plus de leurs effets néfastes", a déclaré Jun, qui dirige le laboratoire de nanochimie environnementale. "Cependant, dans la plupart des cas, nous nous sommes préoccupés des rôles de la présence physique des nanoplastiques plutôt que de leurs rôles actifs en tant que réactifs. Nous avons découvert que de si petites particules de plastique qui peuvent plus facilement interagir avec les substances voisines, telles que les métaux lourds et les contaminants organiques, et peuvent être plus réactives que nous le pensions auparavant."
Jun et son ancien étudiant, Zhenwei Gao, qui a obtenu un doctorat en ingénierie environnementale à WashU en 2022 et qui est maintenant chercheur postdoctoral à l'Université de Chicago, ont démontré expérimentalement que les différents groupes fonctionnels de surface sur les nanoplastiques de polystyrène affectaient les taux d'oxydation du manganèse en influençant la génération de radicaux hautement réactifs, les radicaux peroxyle et superoxyde. La production de ces espèces réactives de l'oxygène à partir des nanoplastiques peut mettre en danger la vie marine et la santé humaine et affecte potentiellement la mobilité des nanoplastiques dans l'environnement via des réactions redox, ce qui pourrait avoir un impact négatif sur leur assainissement environnemental.
L'équipe a également examiné les effets de la taille des nanoplastiques de polystyrène sur l'oxydation du manganèse, en utilisant des particules de 30 nanomètres, 100 nanomètres et 500 nanomètres. Les deux nanoparticules de plus grande taille ont mis plus de temps à oxyder le manganèse que les particules plus petites. Au final, les nanoplastiques seront entourés de fibres d'oxyde de manganèse nouvellement formées, ce qui peut les rendre facilement agrégables et modifier leurs réactivités et leur transport.
"La plus petite taille des particules des nanoplastiques de polystyrène peut se décomposer plus facilement et libérer des matières organiques en raison de leur plus grande surface", a déclaré Jun. "Cette matière organique dissoute peut rapidement produire des espèces réactives de l'oxygène à la lumière et faciliter l'oxydation du manganèse."
"Ce travail expérimental fournit également des informations utiles sur la nucléation hétérogène et la croissance des solides d'oxyde de manganèse sur ces substrats organiques, ce qui profite à notre compréhension des occurrences d'oxyde de manganèse dans l'environnement et des synthèses de matériaux d'ingénierie", a déclaré Jun. "Ces solides de manganèse sont d'excellents piégeurs d'espèces redox-actives et de métaux lourds, ce qui affecte davantage le cycle redox des éléments géochimiques, la minéralisation du carbone et les métabolismes biologiques dans la nature."
L'équipe de M. Jun prévoit d'étudier la décomposition de diverses sources plastiques communes susceptibles de libérer des nanoplastiques et des espèces oxydantes réactives et d'étudier à l'avenir leur rôle actif dans l'oxydation des ions de métaux de transition et de métaux lourds.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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