Modeling of fragmentation and mobilization of plastic litter in river basin

流域塑料垃圾破碎与动员模拟

基本信息

批准号：
21H01441
负责人：
片岡智哉
金额：
$ 11.4万
依托单位：
Ehime University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は，流域圏における5mm未満のプラスチック微細片（S-MicP）の生成過程と流域圏から河川への流出過程を考慮した流域圏から河川へのS-MicP流出量推定モデルを開発することを目的としている．当該年度ではS-MicP生成過程のモデル化のため，流域圏に散乱する代表的なプラスチックゴミであるペットボトルキャップに着目し，新品のペットボトルキャップ4種を用いた紫外線（UV）促進劣化試験を行い，72時間毎（松山市の紫外線強度で1年分に相当）にウルトラミクロ天秤で質量，共焦点レーザー顕微鏡で表面形状，赤外顕微鏡でIRスペクトルを取得して，質量・表面形状・化学組成の経時変化を得た．これらの結果に基づき，質量・表面形状に関する劣化度モデルを構築し，実際に河川河岸に漂着するペットボトルキャップの野外暴露時間を推定した．さらに，キャップの賞味期限から推定した野外暴露時間と比較したところ，有意な相関があり，モデルの妥当性を確認した．また，屋内外でのペットボトルキャップの暴露試験を行い，デシケータ内（コントロール），屋外及び屋内（水中・日向・日陰・冷蔵庫）の計6箇所に静置し，化学的特性と力学的特性を評価した．その結果，屋外及び屋内（水中）で32週間後に顕著な接触角の増大が見られ，水分による試料表面の劣化が確認された．また，力学的特性では，屋内（冷蔵庫）以外の試料において寒暖差によるキャップの脆化が示唆された．さらに，ソックスレーと溶媒偏析による低分子量化合物の抽出を行い，GC-MS及び1H-NMR測定を行うことで，効果的な添加剤抽出方法について検討した．ソックスレー抽出の1H-NMRスペクトルから芳香族や酸素原子を含む化学構造の存在が示唆され，GC-MS分析の結果，滑剤や可塑剤に由来する化合物と考えられた．溶媒偏析抽出によるGC-MS分析の結果，酸化防止剤や光安定剤が確認された．

本研究旨在建立一个模型来估算从流域到河流的S-MicP径流量，考虑到流域中小于5毫米的塑料颗粒（S-MicP）的生成过程以及从流域流入河流的径流过程。目的是从流域到河流。在本财年，为了模拟 S-MicP 的生成过程，我们重点关注塑料瓶盖（流域内散布的典型塑料废物），并使用四种类型的塑料瓶盖进行了紫外线 (UV) 加速劣化测试。每72小时（相当于松山市一年的紫外线强度），我们使用超微天平获取质量，使用共焦激光显微镜获取表面形状，并使用红外显微镜获取红外光谱。，以确定质量、表面形状，获得化学成分随时间的变化。基于这些结果，我们构建了有关质量和表面形状的劣化模型，并估算了实际冲上河岸的 PET 瓶盖的户外暴露时间。此外，与根据瓶盖有效期估计的户外暴露时间相比，存在显着相关性，证实了模型的有效性。此外，我们对PET瓶盖在室内和室外进行了暴露测试，将其放置在总共6个位置：干燥器中（对照）、室外和室内（水下、阳光下、阴凉处、冰箱中），并评估了它们的化学和机械性能。结果，32 周后，在室外和室内（水中）观察到接触角显着增加，证实样品表面因潮湿而劣化。此外，机械性能表明，由于室内（冰箱）以外的样品中的温差，盖子变得易碎。此外，我们使用索氏提取和溶剂分离提取低分子量化合物，并进行 GC-MS 和 1H-NMR 测量，以研究有效的添加剂提取方法。索氏提取物的 1H-NMR 谱表明存在含有芳香族化合物和氧原子的化学结构，GC-MS 分析表明它是源自润滑剂和增塑剂的化合物。使用溶剂分离萃取的GC-MS分析的结果，确认了抗氧化剂和光稳定剂。