ブログ

Jan 10, 2024

音響集束によってマイクロプラスチックを収集するためのマイクロ流体デバイス

Particelle di detriti plastici di dimensioni inferiori a 5 mm, note come microplastiche

マイクロプラスチック (MP) として知られる、サイズが 5 mm 未満のプラスチック破片​​は、深刻な環境問題です。 これらは、磨耗や日光によるプラスチック廃棄物の分解によって形成されたり、洗濯廃水中の繊維廃棄物や美容製品中のマイクロビーズとして生成されたりして、環境を汚染する有害な化学物質を吸着して導入します。 2050年までに国会議員の数は海の魚の数を上回るかもしれない。 このような状況では、水域から MP を収集して除去することが重要です。

従来、MP はメッシュで水をろ過することによって収集されていました。 収集された MP からは、砂と生物破片がそれぞれ密度分離と化学処理によって除去されます。 その後、MP を手動でピックアップすることになりますが、これには手間と時間がかかります。 さらに、メッシュは目詰まりしやすく、開口部よりも小さい粒子を収集できません。 また、頻繁なメンテナンスが必要であり、高価です。 こういった欠点を踏まえると、研究者が開発したマイクロ流体デバイス (マイクロメートルサイズのチャネルを使用して少量の流体を制御するシステム) は、MP を収集するために音響集束を利用します。

音響技術は、MP を流体の流れの中心に輸送する超音波を発生させ、それによって MP ​​を濃縮、つまり収集量を増加させます。 しかし、現在のマイクロ流体デバイスを使用して MP ​​を高度に濃縮するには、デバイスを通る流体の繰り返しの再循環が必要です。 この観点から、信州大学繊維学部機械工学・ロボティクス学科の秋山義武教授率いる研究グループは、10～200μmのMP用の高濃縮装置を開発した。

この装置は、信州大学繊維学部応用生物学科の森脇博教授の共著による研究で報告されており、2023年3月26日にオンラインで公開され、雑誌『雑誌』第3​​15巻に掲載される予定です。 2023 年 6 月 15 日の分離精製技術ジャーナル。

「私たちが提案するマイクロ流体デバイスは、油圧と電気の類似性に基づいて設計されており、幅 0.7 mm の 3 分岐ジャンクションを 4 つ連続して介して接続された幅 1.5 mm の 3 つのマイクロチャネルを備えています。MP はバルク音響を使用して中央のマイクロチャネルの中心に整列しています。 「500 kHz の共振周波数の波。その結果、MP の 3.2 倍の濃縮が各接合部で発生する必要があり、その結果、デバイス全体で 105 倍の濃縮が行われます」と秋山氏はデバイスの設計について説明します。 MP は三股分岐点の中央の分岐から収集されますが、残りの MP を含まない流体は他の分岐から除去されます。

研究者らは、直径 5、10、15、25、50、および 200 μm の微粒子の総捕集率を測定することで、装置の捕集性能を評価しました。 捕集率は、音響的に制御するには小さすぎる 5 μm 微粒子を除くすべてで 90 パーセントを超えました。 さらに研究者らは、MP が小さい (25 ～ 200 μm) と非常に小さい MP (10 ～ 25 μm) の 2 つのサンプル水混合物を使用してデバイスをテストしました。 その収集率は 70 ～ 90 パーセントの範囲で、MP の実際の濃縮度は設計値 105 の半分から設計値まで変動しました。

一部の MP は音響放射力によって速度が低下し、デバイスのマイクロチャネル壁を詰まらせることが判明しましたが、研究者らは、これらの小さな制限は、事前濾過と 2D 集束の改善によって簡単に対処できると考えています。

したがって、楽観的な秋山教授は、「音響集束に基づいて提案されたこのマイクロ流体デバイスは、より大きな MP をメッシュで事前濾過した後、再循環することなく 10 ～ 200 μm の MP を効率的、迅速、かつ連続的に収集することができます。洗濯機や工場に設置することができます」と結論付けています。 、およびその他の MP 源を利用して、洗濯水や産業廃水からさまざまなサイズの MP を効率的に濃縮および除去することができます。これにより、環境への MP の排出を防ぐことが可能になります。」

信州大学の研究者によるこの有用な発明のおかげで、私たちはマイクロプラスチックのないよりクリーンな環境を目指して頑張っています。

- このプレスリリースはもともと信州大学ウェブサイトに掲載されたものです