Environmental fate of microplastics under ageing conditions

Resumen

Los plásticos son omnipresentes en nuestra sociedad. Se ha estimado que, tras el inicio de su producción industrial, se han sintetizado mundialmente unos 10 000 millones de toneladas de plástico, muchas de las cuales han terminado diseminadas en el medio ambiente. La preocupación por su impacto ambiental comenzó en los años 50 con la acumulación de evidencias sobre la gran cantidad de desechos plásticos presentes en los giros oceánicos, así como con las pruebas sobre la presencia generalizada de pequeños fragmentos de plástico en los más diversos ambientes. La razón es que, bajo la influencia de factores ambientales, los plásticos experimentan cambios químicos que dan como resultado la alteración de sus propiedades fisicoquímicas, lo que finalmente conduce a su desintegración en pequeños fragmentos. Por razones prácticas, los fragmentos de plástico se denominan microplásticos si se encuentran en el rango de 1 µm - 5 mm o nanoplásticos si se trata de fragmentos secundarios < 1 µm y presentan comportamiento coloidal. Este trabajo investigó los cambios estructurales y químicos de los plásticos sometidos a condiciones que simularon la radiación solar con énfasis en la generación de pequeñas partículas plásticas. Los plásticos seleccionados fueron polietileno, polipropileno y poliestireno en forma de granza industrial y plásticos comerciales, así como desechos muestreados en playas. Los cambios producidos en los picos de absorción asociados al envejecimiento fotoquímico se estudiaron con espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y se utilizaron métodos quimiométricos de análisis discriminante de regresión de mínimos cuadrados parciales en proyección ortogonal (OPLS-DA) para procesar toda la información espectral. Se utilizó citometría de flujo combinada con difractometría láser para cuantificar la generación de pequeñas partículas plásticas (< 100 µm). Las mediciones de micro-FTIR permitieron determinar la formación de funciones oxigenadas en fragmentos pequeños, particularmente los correspondiente a grupos hidroxilo, carbonilo y otros enlaces carbono-oxígeno. También permitió evaluar la presencia de plástico en la fracción de tamaño < 1 µm. Los resultados mostraron que los espectros FTIR permiten diferenciar fragmentos según su grado de envejecimiento, aunque ninguno de los índices de degradación habituales, basados en absorciones de grupos funcionales específicos, pudo relacionarse con la exposición acumulada al envejecimiento fotoquímico. Los resultados también mostraron la generación de un elevado número de pequeños fragmentos de plástico (1-5 µm), que alcanzó 104-105 partículas/g en el caso de granza de polietileno y 108-109 partículas/g al exponer polietileno, polipropileno o poliestireno procedente de desechos marinos. También se encontró evidencia de la generación de una cantidad grande de nanoplásticos con un tamaño de unos pocos cientos de nanómetros según medidas realizadas por dispersión dinámica de la luz, y que podrían representar hasta 1013 partículas/g. También se ha demostrado que la radiación ultravioleta favorece la generación de nanoplásticos a partir de microplásticos. Los resultados presentados en esta Tesis Doctoral demostraron que los plásticos envejecidos ambientalmente dan lugar a una gran cantidad de pequeñas partículas en un patrón consistente con una fragmentación progresiva en las tres dimensiones espaciales. La cantidad de pequeños microplásticos obtenidos fue muy superior a la habitualmente encontrada en las campañas ambientales de muestreo, lo que es un hecho relevante para la cuantificación del riesgo ambiental de los desechos plásticos, así como para cerrar el balance de plástico en el medio ambiente.