五颜六色的塑料颗粒在大多数水道的表面下漂流，从上游的小河到北冰洋。这些几乎不可见的微塑料宽度小于5毫米，对水生动物和植物以及人类都有潜在的危害。因此，研究人员正在设计去除它们的方法，并从源头上阻止它们。今天，一个团队报告了一个用钢管和脉冲声波制成的两阶段装置，可以从真实的水样中去除大部分的塑料颗粒。

研究人员将在美国化学学会（ACS）的春季会议上展示他们的成果。ACS 2023年春季会议是一个混合会议，将于3月26日至30日以线上和现场的方式同事举行，并有超过10000个关于广泛科学主题的演讲。

该项目主要研究人员Menake Piyasena博士说："这个想法来自于与一位同事的讨论，他说我们需要新的方法来收集水中的微塑料。因为声学力量可以将颗粒推到一起，我想知道我们是否可以利用它们来聚集水中的微塑料，使塑料更容易被清除。"

过滤是最常用的从水中去除这些材料的技术。例如，洗衣机出水口的过滤器可以使洗衣时从衣服上脱落的纤维不进入废水。但这种方法在大规模的情况下可能很昂贵，需要定期清洗过滤器，因为过滤器可能会被堵塞。

另一个选择是用声学力量或声波集中流水中的塑料颗粒，将能量传递给附近的颗粒，使其中一些颗粒振动和移动。试想一下，一个扬声器播放着响亮的音乐，震动着地面，使灰尘和污垢的碎片相互反弹。科学家们已经在利用这种现象从液体中分离生物颗粒，如从血浆中分离红细胞。

最近，一些团队将这种方法应用于从他们在实验室用纯水制备的样品中分离出微塑料。但是这项工作是用极小体积的水完成的。他们还使用了只有几十微米宽的微塑料，这比人类头发的宽度还要小，新墨西哥理工学院Piyasena实验室的一名研究生Nelum Perera解释说。

为了适应更高的水流量，Perera创建了一个概念验证装置，用8毫米宽的钢管连接到一个入口管和多个出口管。然后她在金属管的一侧连接了一个换能器。当换能器被打开时，它在金属管上产生超声波，当微塑料通过该系统时对它们施加声波，使它们更容易被捕获。Piyasena解释说，与传统的过滤方法相比，该原型设备相对简单，因为它不像过滤器那样容易堵塞。

在对聚苯乙烯、聚乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等微塑料的初步实验中，研究人员发现，较小（6-180微米宽）的颗粒与较大（180-300微米宽）的颗粒在声学力的作用下表现得不同。在纯水中加注，两种尺寸的颗粒都沿着通道的中心排列，从中间的出口流出，而干净的水则从周围的出口流出。但是，如果在水中加入洗衣粉或织物柔软剂，较大的颗粒就会向两侧集中，通过侧面出口流出，而洁净的水则从中间出口流出。

基于这些结果，研究人员着手开发一个能够利用这些不同运动的系统。他们将两个钢管串联起来： 第一级捕获宽度小于180微米的小型微塑料，而带有剩余较大微塑料的水流则进入第二级进行净化。"Perera说："我们通过这种方式去除70%以上的小塑料和82%以上的大塑料。

为了证明两阶段系统可以在现实世界中应用，Perera和Piyasena从新墨西哥理工学院校园的一个池塘和格兰德河中收集水。他们过滤了所有的样本，以去除大型污染物，留下的水仍然含有可能影响分离的溶解物质。接下来，他们在水中加入了微塑料。当环境水样通过声学装置时，塑料颗粒被有效地去除，就像从纯水中一样。有了这个原型，佩雷拉估计目前的设备运行一小时的成本约为7美分，清洁一升水需要约一个半小时。

该团队的下一步是开发一个具有更宽的管道或多管束的系统，并在未加料的真实世界样本上进行尝试，包括海水和洗衣机的废水。Piyasena说："我们已经表明，声学力量可以用来集中各种尺寸的微塑料。从这里开始，我们想证明这可以在更大的范围内用已经有微塑料的真实样品来完成。"