Le microplastiche stanno ricevendo molta attenzione ultimamente a causa della loro difficoltà di rimozione dall'ambiente. I setacci e la filtrazione sono attualmente il modo predominante per catturare le microplastiche nell'acqua. Però, questo non è pratico perché i filtri si intasano facilmente e devono essere puliti o sostituiti regolarmente. Un altro problema è che è stato impossibile raccogliere qualcosa di inferiore a 0,3 mm, la dimensione del diametro dei pori della rete plancton mesh. Questo è un peccato perché la maggior parte delle microplastiche che causano il caos è più piccola di quella, con effetti sconosciuti sull'eco e sui biosistemi.

È stato ideato un nuovo metodo promettente per raccogliere tali microplastiche utilizzando l'acustica per raccoglierle nell'acqua. È stato progettato e fabbricato un dispositivo a onde acustiche di massa (BAW) che canalizza le microplastiche, raccogliendoli nel canale centrale mentre l'acqua fuoriesce dai due canali laterali. L'idea di questo studio è nata quando il professor Hiroshi Moriwaki, specializzato in analisi ambientale presso la Facoltà di Scienze e Tecnologie Tessili ha chiesto al Professore Associato Yoshitake Akiyama, primo autore dello studio se ci fosse un modo per affrontare le microplastiche nell'acqua da un punto di vista ingegneristico.

I ricercatori si sono concentrati sul fatto che una delle maggiori fonti di microplastiche nei nostri oceani proviene dalle macchine per il bucato. Una tipica lavatrice scarica circa diecimila fibre per un ciclo di lavaggio da 100 litri. Molti dei nostri vestiti sono fatti di fibre chimiche, e piccoli pezzi di fibre microplastiche si rompono nella lavatrice. Gli impianti di trattamento delle acque reflue attualmente non sono in grado di catturare le microplastiche.

I ricercatori hanno deciso di creare un dispositivo che raccolga microplastiche e fibre microplastiche mediante vibrazioni piezoelettriche. Utilizzando l'acustica con una forza e un'ampiezza adeguate alla lunghezza, diametro e comprimibilità della microplastica, i detriti si raccolgono nel mezzo di un dispositivo a tre canali. I due canali laterali espellono l'acqua pulita mentre le fibre microplastiche si raccolgono al centro, essendo stato focalizzato acusticamente utilizzando l'elemento piezoelettrico per creare l'onda stazionaria acustica. Diversi tipi di microplastiche hanno diversi tipi di densità, modulo di volume e compressibilità che determina un diverso fattore di contrasto acustico (ACF). Scegliendo la larghezza del microcanale per essere la metà della lunghezza d'onda in acqua, le particelle sono indotte a raccogliersi al centro del tubo. Ci sono voluti circa 0,7 secondi per mettere a fuoco le particelle in questo modo.

I ricercatori hanno avuto problemi durante la preparazione delle microplastiche per l'esperimento:era difficile creare microplastiche di dimensioni adeguate. All'inizio hanno provato a usare un frullatore per tagliare le fibre alla stessa lunghezza, ma le fibre di plastica non si tagliavano. Chiedendo ai colleghi del reparto Tessile, i ricercatori hanno scoperto il produttore Kanehara Pile che ha gentilmente fornito loro i materiali necessari per la ricerca.

Per l'esperimento, è stata ideata una formula per calcolare la migliore focalizzazione acustica per colpire le fibre microplastiche Nylon 6, ANIMALE DOMESTICO, e microparticelle di polistirene. I tassi di raccolta erano molto alti, 95% per PET e 99% per Nylon 6 se non si tiene conto delle particelle minime che si sono attaccate alle pareti. La forza idrodinamica allinea le fibre in modo che il dispositivo BAW eviti l'intasamento. Le particelle sono state tracciate utilizzando un software di analisi del movimento. Per futuri miglioramenti, la superficie dei microcanali potrebbe essere prodotta utilizzando metodi per ridurre al minimo la rugosità e scoraggiare l'adesione.

I perfezionamenti necessari per le applicazioni del mondo reale e la scalabilità comportano l'uso di più canali in serie e in parallelo con diametri e forza diversi per catturare tutti i tipi di microplastiche. Aggiungendo più canali (7 triforcati, che significa 3 alla potenza di 7) 100 litri di acqua per il bucato possono essere concentrati senza sforzo in 50 ml, che renderebbe facile gettare via o bruciare. Lo studio ha utilizzato concentrazioni di fibre microplastiche del massimo previsto nelle applicazioni del mondo reale. Gli attuali limiti alle implementazioni sono che il processo di drenaggio richiederebbe molto tempo.

Con questo studio, Sono state catturate sfere di PS di 15 μm di diametro, e in teoria, la dimensione minima delle perline PS in grado di essere catturate da questo dispositivo BAW è di 4,3 μm. Perline più piccole potrebbero essere catturate con modifiche al dispositivo BAW. La maggior parte delle microplastiche nelle acque reflue ha un diametro di 10 μm e una lunghezza da 2 a 200 μm. Il dispositivo BAW può catturare con successo tali microplastiche. Sono necessari ulteriori sviluppi nell'acustofluidica per catturare nanoplastiche di diametro inferiore a 100 nm.