Projekty řešené v aktuálním roce

Výskyt mikroplastů v životním prostředí a možnosti jejich recyklace

SP2024/009

Téma projektu je zcela v souladu se strategickým záměrem FMT, zejména v oblastech „technologie zpracování odpadu“ a „Vícefunkční smart (nano)materiály pro průmyslové a environmentální aplikace“. Mikroplasty jsou jedním z významných polutantů životního prostředí. Jsou to částice plastů s velikostí od 1 μm do 5 mm. V důsledku malých rozměrů mají velký specifický povrch, a navíc vykazují pozoruhodnou chemickou stabilitu. Vznikají dezintegrací, fragmentací a zvětráváním plastového odpadu v prostředí. Dalším způsobem jejich vzniku je přeprava syntetických mikrokuliček používaných v kosmetických přípravcích a produktech osobní péče, abrazí plastových materiálů a pneumatik a syntetických textilií. Mikroplasty lze nalézt v atmosféře, půdě, sedimentech, vodních systémech, jako je mořské prostředí, pitná voda, odpadní vody z čištění odpadních vod, půdní voda a sladkovodní systémy V posledních několika letech se do popředí dostává otázka jejich odstraňování a recyklace za účelem výroby užitečných chemických látek pro další využití v průmyslu. V projektu SGS budou studovány možnosti sledování jejich výskytu ve vodném prostředí, půdách, čistírenském kalu a produktech zpracování biomasy. Dále se projekt bude zabývat možnostmi jejich degradace působením mikroorganismů a pomocí fotokatalytického rozkladu a přeměny na další látky tzv. fotoreformace. Jednotlivé výzkumné úkoly jsou popsány v aktivitách I, II a III. Aktivita I – sledování výskytu mikroplastů Cílem této části výzkumu bude sledováni výskytu mikroplastů v půdách, kompostech (městská kompostárna OZO Ostrava Hrušov), kalech (ÚČOV Ostrava), vodách, anaerobních digestátech z plynových stanic (Energetické centrum Horní Suchá), apod. K tomu bude využita infračervená mikroskopie, pyrolýzní plynová chromatografie a vysokoúčinná kapalinová chromatografie. Cílem této aktivity bude zavést tyto analytické metody pro sledování mikroplastů v reálných podmínkách, optimalizovat jejich parametry a získat zcela unikátní informace o rozšíření mikroplastů ve vybraných lokalitách Ostravy a Moravskoslezského kraje. Aktivita II – anaerobní digesce mikroplastů Degradace mikroplastů může přirozeně probíhat nebo být cíleně prováděna například biochemickými procesy s účastí biokatalyzátorů (enzymů) produkovaných mikroorganismy. Tyto procesy jsou významné z hlediska chování mikroplastů v zeminách, sedimentech ale také v čistírenských kalech. Prováděny budou experimenty anaerobní digesce a dle časových dispozic také aerobní fermentace biodegradabilních směsí s obsahem mikroplastů. Tyto experimenty přispějí k pochopení chování mikroplastů v životním prostředí nebo při čistírenských či energetických procesech. Současně bude probíhat výzkum interakce mikroplastů s dalšími mikropolutanty, zejména léčivy a pesticidy, jejichž spolupůsobení může mít významný negativní vliv na živé organismy. Součástí výzkumu budou také testy ekotoxicity mikroplastových částic odebraných z životního prostředí. Aktivita III – fotoreformace mikroplastů Fotokatalytická degradace mikroplastů je inovativní přístup k likvidaci mikroskopických plastových částic pomocí fotokatalyzátorů a slunečního nebo viditelného světla. Jedním ze základních principů této metody je zvolení vhodného fotokatalyzátoru s vlastnostmi, které umožňují absorpci slunečního nebo viditelného světla. Často se jedná o materiály, jako je oxid titaničitý či grafitický nitrid uhlíku, které jsou široce využívány pro svou fotokatalytickou aktivitu. Absorbovaná energie generuje elektrony a díry ve struktuře fotokatalyzátoru. Generované nosiče náboje pak vytvářejí vysoce reaktivní radikály, které způsobují degradaci plastových polymerů. Proces fotokatalytické degradace generuje produkty, jako jsou vodík, uhlovodíky či organické kyseliny (např. kyselina mravenčí, octová apod.), které mohou být dále využity. Před samotnou fotoreformací budou mikroplastové částice podrobeny vhodné předúpravě, například alkalickou hydrolýzou, aby bylo možné dosáhnout optimální aktivace. Důkladněji bude zkoumán vliv této předúpravy na výsledky fotoreformace k lepšímu porozumění celkovému procesu. Fotokatalytická degradace mikroplastů je udržitelným přístupem, neboť využívá obnovitelné zdroje energie (sluneční nebo viditelné světlo) a minimalizuje potřebu chemikálií nebo energie z neobnovitelných zdrojů. Tato metoda poskytuje perspektivní řešení pro efektivní eliminaci mikroplastů s minimálním ekologickým dopadem.

2024

2024

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

SGS

Specifický výzkum VŠB-TUO

Praus Petr prof. Ing., Ph.D.