Cocktail hóa học của nhựa: nghiên cứu thử nghiệm miêu tả sự phân rã và quá trình khử của nhựa

Chất thải nhựa trên các dòng sông và đại dương thường liên tục nhả các hóa chất vào nước. Cho đến tận bây giờ, người ta vẫn còn chưa biết số lượng các chất đó lớn như thế nào và trong đó thì những hợp chất nào phát thải mạnh nhất.

Trong dự án nghiên cứu ở quy mô lớn P-LEACH ¹, các chuyên gia của bốn viện nghiên cứu của Hiệp hội Helmholtz mới phân tích thành phần và nồng độ của nhiều hợp chất khác nhau. Họ tập trung chính vào câu hỏi bức xạ tia cực tím của mặt trời làm gia tăng sự phát thải của các hóa chất như thế nào.

Hàng trăm nghìn tấn chất thải nhựa đang trôi nổi trên các dòng sông và đại dương. Dưới tác động của sóng, bức xạ mặt trời và nước biển, nhựa bị phá vỡ thành những mảnh nhỏ hơn và cuối cùng trôi nổi trên đại dương như những mảnh vi nhựa.

Trong vô số nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã tìm hiểu mở rộng về việc các động vật biển ăn phải các hạt nhựa đó và liệu chúng có khiến ảnh hưởng đến sức khỏe của chúng không. Tuy nhiên họ vẫn chưa đủ khả năng để nhận biết cách các thành phần của vô số sản phẩm nhựa – bao gồm cả các phụ gia như kim loại nặng, chất chống cháy (hay chính xác là chất cháy chậm), chất dẻo hóa, màu và nhiều thành phần khác, đem lại cho nhựa những tính năng linh hoạt – ảnh hưởng đến sự sống đại dương.

Vì nguyên nhân này mà hơn 30 nhà khoa học đã tham gia vào nghiên cứu hai năm trong dự án lớn của Hiệp hội Helmholtz để điều tra chi tiết về việc nhựa phát thải các phụ gia vào nước nhanh như thế nào và những hợp chất này có thể ảnh hưởng những gì đến đời sống đại dương.

Những kết quả ban đầu của dự án, với các chuyên gia của Trung tâm Hereon Helmholtz ở Geesthacht, Trung tâm GEOMAR Helmholtzc ho nghiên cứu đại dương Kiel, Viện nghiên cứu Alfred Wegener, Trung tâm nghiên cứu vùng cực và đại dương Helmholtz (AWI) ở Bremerhaven và Trung tâm nghiên cứu môi trường Helmholtz (UFZ) ở Leipzig, đã được công bố trên tạp chí Journal of Hazardous Materials ². Trọng tâm của bài báo nghiên cứu của nhóm hợp tác P-LEACH là về phân tích hóa học của các thành phần nhựa – và câu hỏi về cách bức xạ mặt trời đóng góp vào sự phát thải các hợp chất hóa học từ nhựa.

Tập trung vào các dạng nhựa thông thường

Với thí nghiệm của mình, các nhà khoa học đầu tiên mang tám dạng sản phẩm nhựa được sản xuất nhiều nhất và cắt chúng thành những miếng có kích thước chỉ vài millimeters – bao gồm màng phủ nhà kính polyethylene (PE), các ống polyvinyl chloride (PVC) và các nút PET. Sau đó họ đặt các miếng nhựa này vào một bể nước và chiếu chúng bằng một bóng đèn UV đặc biệt bắt chước ánh sáng mặt trời Trung Âu trong nhiều tháng. Để so sánh, họ đã lưu trữ một vài loại sản phẩm nhựa vào các container nước mà không chịu bức xạ mặt trời.

Sau thực nghiệm này, các hạt nhựa đã được loại bỏ bằng các tấm lọc và nước sau đó được phân tích về khả năng phát thải của các hạt nhựa và các phụ gia nhựa – đặc biệt là các thành phần kim loại và các hợp chất hữu cơ nhất định. Nhìn chung những hóa chất đó đang bị nghi ngờ là trở nên độc hại với sức khỏe con người và môi trường nhưng vẫn chưa bị cấm hoặc điều chỉnh.

Các kết quả thật đáng chú ý: các nồng độ cao hơn một cách đáng kể của ion kim loại được tìm thấy trong nước có các mẫu nhựa được chiếu các tia bức xạ UV hơn là các mẫu trong môi trường kín. Bức tranh này thêm phần khác biệt với các thành phần hữu cơ: một số hợp chất hiện diện với nồng độ cao hơn đáng kể trong các mẫu chiếu tia UV. Với các phân tử hữu cơ khác, nồng độ thấp đáng ngạc nhiên.

“Tuy nhiên, điều này cũng không hoàn toàn rõ ràng”, nhà hóa học môi trường, TS. Frank Menger, tác giả đầu tiên của bài báo nghiên cứu và là một chuyên gia về hóa hữu cơ tại Hereon, nhận xét. “Chúng tôi chờ đợi các hợp chất phát thải từ nhựa vào nước nhưng chúng đã chuyển đổi vào các thành phần hữu cơ nhỏ hơn do tia UV chiếu, vì vậy không thể dò được một cách trực tiếp các thành phần nguyên gốc”.
Tìm kiếm các hóa chất đã biết và chưa biết

Khi phân thách các hợp chất hữu cơ, các nhà nghiên cứu kiểm tra hai điều chi tiết. Thứ nhất, các mẫu nước đã được phân tích 71 hợp chất đã biết thường được sử dụng trong các sản phẩm nhựa – bao gồm phân tử bảo vệ sản phẩm trước tia UV UV-328, mới một năm trước đã được đưa vào danh sách Hiệp ước Stockholm – một danh sách về các hóa chất độc hại được giới hạn nồng độ hoặc một vài trường hợp là cấm vĩnh viễn.

Các nhà khoa học đã tìm kiếm các hợp chất và sự phân rã của các sản phẩm trong các mẫu nước. Họ sử dụng thiết bị sắc ký khối phổ đặc biệt, vốn có thể ghi nhận các cấu trúc phân tử nhất định hoặc các mảnh phân tử để rút ra kết luận về các hợp chất gốc. Điều này khiến họ có thể nhận diện được các hóa chất vẫn còn mới với thị trường và có thể còn chưa được biết đến – ví dụ, các lớp chất dẻo hóa mới. Việc phải xem xét khoảng 16.000 phụ gia khác nhau được sử dụng trong các sản phẩm nhựa trên toàn thế giới khiến phân tích này trở nên thách thức, bất chấp sự hỗ trợ của máy sắc ký khối phổ hiện đại.

TS. Menger đang rất háo hức về phạm vi nghiên cứu và toàn bộ dự án. Anh giải thích, “Chúng tôi mang các công nghệ phân tích lại cùng nhau và chuyên môn liên quan từ bốn viện nghiên cứu”. Đây là cách duy nhất để có thể phân tích các mẫu nước một cách toàn diện.

TS. Lars Hildebrandt, một trong những nhà nghiên cứu của Hereon đang tập trung vào phân tích các hạt nhựa và kim loại nặng như một phần của nghiên cứu, cho biết thêm, “Cho đến nay, tôi khó tìm thấy một nghiên cứu tương tự về sự phát thải các hợp chất kim loại cũng như các hợp chất hữu cơ chưa biết và đã biết, và các mảnh nhựa nhỏ từ sản phẩm nhựa đã được điều tra mở rộng để xem xét cụ thể về quá trình phong hóa do tia UV gây ra”.

Tuy nhiên, chúng ta cần phải nhớ rằng tia UV mới chỉ là một trong những nguyên nhân ảnh hưởng đến vi nhựa trong môi trường. Ngoài ra còn có hàm lượng muối, sự phân rã của các vi sinh vật. Độ lão hóa, kích thước, hình dạng và độ xốp của nhựa ảnh hưởng đến việc các chất phụ gia phát thải vào nước. Với tầm quan trọng này mà cần phải có nhiều nghiên cứu nữa để tính đến các tham số vào các thí nghiệm và tìm hiểu về những ảnh hưởng khác nhau của chúng.

“Dự án P-LEACH trao cho chúng ta một cơ hội độc nhất vô nhị để tìm hiểu về sự phát thải toàn diện của các hóa chất hữu cơ và vô cơ cũng như các hạt vi nhựa từ các vật thể nhựa bị ảnh hưởng bởi thời tiế và những hệ quả có thể của chúng, thông qua việc tập hợp rất nhiều chuyên ngành như hóa học môi trường, độc học sinh thái và độc học người”, giáo sư tiến sĩ Annika Jahnke của UFZ, người điều phối dự án, nhấn mạnh.

Những bài báo khoa học tiếp theo của nhóm hợp tác P-LEACH sẽ được xuất bản trong những tháng tới. Nó sẽ bao gồm những kết quả về nước bị ô nhiễm các hợp chất nhựa ảnh hưởng đến vi khuẩn như thế nào, sự chuyển hóa của tảo, sên và các tế bào sống, bao gồm cả tế bào của con người.

Anh Tú dịch từ Trung tâm nghiên cứu Hereon Helmholtz

Nguồn: https://blogs.helmholtz.de/kuestenforschung/2024/08/19/chemical-cocktail-from-plastics

—————————————

1.https://www.ufz.de/p-leach/index.php?en=50051

2.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389424018351?via%3Dihub