Fate of polystyrene and polyethylene nanoplastics exposed to UV in water - CNRS - Centre national de la recherche scientifique Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue Environmental science‎.Nano Année : 2023

Fate of polystyrene and polyethylene nanoplastics exposed to UV in water

Devenir des nanoplastiques de polystyrène et de polyéthylène exposés aux UV dans l'eau

Résumé

The possible presence of plastic particles with a size smaller than 1 μm in the aquatic environment raises widespread concern over their environmental impact. Therefore, it is important to understand whether and to what extent nanoplastics dispersed in water degrade under UV irradiation. To address this issue, we studied the effect of UV irradiation on monodisperse polystyrene (PS) latex particles with hydrodynamic radii of 0.10, 0.25, 0.52, and 2.5 μm as well as on polydisperse polyethylene (PE) particles with an average hydrodynamic radius of 0.35 μm. The degradation rate of both polymers was studied under high intensity UV irradiation, whereas only the degradation of PS was studied under simulated sunlight, as the degradation of PE was too slow in this case. The degradation process was characterized with light scattering techniques, confocal laser scanning microscopy, UV visible spectroscopy, and total organic carbon (TOC) analysis. All particles were found to fully degrade, but the degradation rate of PS particles was much faster than that of PE particles and independent of their size in the range studied here. Aggregation of PS particles after the addition of sea salt did not inhibit their degradation under UV irradiation. TOC analysis showed that the large majority of the carbon of the polystyrene was converted into volatile products. Interestingly, both polymers, PS and PE, showed no change in the radius of the particles until their mass had decreased by more than 70%, implying that degradation mainly occurred within the particles through the release of organic molecules. The formation of hollow particles and their final fragmentation were confirmed by CLSM microscopy. It was estimated that the complete degradation of nanoplastics dispersed in water and exposed to simulated sunlight takes about a month for PS and 2 years for PE, assuming that the effect of radiation intensity was the same for PE as was determined for PS.
La présence éventuelle de particules de plastique d’une taille inférieure à 1 μm dans le milieu aquatique suscite de nombreuses inquiétudes quant à leur impact environnemental. Il est donc important de comprendre si et dans quelle mesure les nanoplastiques dispersés dans l’eau se dégradent sous l’irradiation UV. Pour résoudre ce problème, nous avons étudié l'effet de l'irradiation UV sur des particules de latex de polystyrène (PS) monodispersées avec des rayons hydrodynamiques de 0,10, 0,25, 0,52 et 2,5 μm ainsi que sur des particules de polyéthylène (PE) polydispersées avec un rayon hydrodynamique moyen de 0,35. µm. Le taux de dégradation des deux polymères a été étudié sous irradiation UV de haute intensité, alors que seule la dégradation du PS a été étudiée sous lumière solaire simulée, la dégradation du PE étant trop lente dans ce cas. Le processus de dégradation a été caractérisé par des techniques de diffusion de la lumière, de microscopie confocale à balayage laser, de spectroscopie UV visible et d'analyse du carbone organique total (COT). Toutes les particules se sont complètement dégradées, mais le taux de dégradation des particules de PS était beaucoup plus rapide que celui des particules de PE et indépendant de leur taille dans la plage étudiée ici. L'agrégation des particules de PS après l'ajout de sel marin n'a pas inhibé leur dégradation sous irradiation UV. L'analyse du COT a montré que la grande majorité du carbone du polystyrène était transformée en produits volatils. Il est intéressant de noter que les deux polymères, PS et PE, n’ont montré aucun changement dans le rayon des particules jusqu’à ce que leur masse ait diminué de plus de 70 %, ce qui implique que la dégradation s’est principalement produite au sein des particules par la libération de molécules organiques. La formation de particules creuses et leur fragmentation finale ont été confirmées par microscopie CLSM. Il a été estimé que la dégradation complète des nanoplastiques dispersés dans l’eau et exposés à la lumière solaire simulée prend environ un mois pour le PS et 2 ans pour le PE, en supposant que l’effet de l’intensité du rayonnement soit le même pour le PE que celui déterminé pour le PS.

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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

hal-04235865 , version 1 (14-10-2023)

Identifiants

Citer

Gireeshkumar Balakrishnan, Fabienne Lagarde, Christophe Chassenieux, Arnaud Martel, Elise Deniau, et al.. Fate of polystyrene and polyethylene nanoplastics exposed to UV in water. Environmental science‎.Nano, 2023, 10 (9), pp.2448-2458. ⟨10.1039/d3en00150d⟩. ⟨hal-04235865⟩
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