По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 504.054+691.175; 535.217

Специфика фрагментации полимеров в водной среде при интенсивном ультрафиолетовом облучении

Егорова М.Д. бакалавр кафедры теплоэнергетики, Ижевский государственный технический университет им. М. Т. Калашникова, г. Ижевск, Е-mail: maria.egorova180222@gmail.com

В статье рассматривается влияние ультрафиолетового излучения на процесс генерации микропластика в воде. В рамках исследования в лаборатории были проведены эксперименты, которые позволили ускорить старение полимеров под воздействием ультрафиолетового излучения интенсивностью 1,16 Вт/м². Это позволило увидеть первые признаки фрагментации на образцах полимеров. На основе полученных данных была рассчитана минимальная продолжительность нахождения исследуемых полимеров — полиэтилена (PE) и полипропилена (PP) — в водных объектах города Ижевска при воздействии естественного солнечного УФ-излучения до появления первых признаков фрагментации. Расчеты показали, что если PE и PP попадут в воду и будут подвергаться естественному УФ-излучению, то первые признаки фрагментации появятся через 730 дней в зимний период и через 136 дней — в летний.

Литература:

1. Geyer R., Jambeck J. R., Law K. L. Production, use, and fate of all plastics ever made. — Science Advances. — 2017. — V. 3 (7), pp. e1700782. doi: 10.1126/sciadv.1700782.

2. Dyagelev, M. Effects of UV Exposure on Plastic Degradation in Water / M. Dyagelev, E. Astrakhantseva // Lecture Notes in Civil Engineering. — 2025. — P. 649–657. — DOI 10.1007/978-3-031-80482-3_61.

3. Микропластик в морской среде / И.П. Чубаренко, Е. Е. Есюкова, Л.И. Хатмуллина [и др.]; Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН. — М.: Научный мир, 2021. — 520 с.

4. Efmova I., Bagaeva M., Bagaev A., Kileso A., Chubarenko I. P. Secondary Microplastics Generation in the Sea Swash Zone With Coarse Bottom Sediments: Laboratory Experiments. — Frontiers in Marine Science. — 2018. — V. 5, pp. 313. doi: 10.3389/fmars.2018.00313.

5. Gewert B., Plassmann M. M., MacLeod M. Pathways for degradation of plastic polymers floating in the marine environment. — Environmental Science: Processes and Impacts. — 2015. — V. 17, pp. 1513–1521. doi: 10.1039/C5EM00207A.

6. Wang J., Tan Z., Peng J., Qiu Q., Li M. The behaviors of microplastics in the marine environment. — Marine Environmental Research. — 2016. — V. 113, pp. 7–17. doi: 10.1016/j.marenvres.2015.10.014.

7. Gregory M. R., Andrady A. L. Plastics in the marine environment. In: Andrady A. L. (Ed.). — Plastics and the Environment. John Wiley & Sons, Hoboken. — 2003, pp. 379–401. doi:10.1002/0471721557.ch10.

8. Barnes D. K. A., Milner P. Drifting plastic and its consequences for sessile organism dispersal in the Atlantic Ocean. — Marine Biology. — 2005. — V. 146 (4), pp. 815–825. doi: 10.1007/s00227-004-1474-8.

9. Загрязнение микропластиком окружающей среды и удаление микропластика из сточных вод / А.Ю. Федотова, М.Ю. Дягелев, В. Г. Исаков, А.А. Абрамова // Экологический вестник Северного Кавказа. — 2024. — Т. 20. — № 1. — С. 23–28.

10. Нормативное регулирование и оценка специфических загрязнений в поверхностных и сточных водах в России и за рубежом / А.А. Абрамова, М.Ю. Дягелев, В. Г. Исаков, А.М. Непогодин // Приволжский научный журнал. — 2023. — № 1 (65). — С. 96–103.

11. Федотова А. Ю. Исследование возникновения и удаления микропластика на очистных сооружениях канализации / А.Ю. Федотова, Е.В. Астраханцева, М.Ю. Дягелев // Инженерно-строительный вестник Прикаспия. — 2023. — № 4 (46). — С. 28–33. — DOI 10.52684/2312-3702-2023-46-4-28-33.

12. Обнаружение микрозагрязнителей в городских сточных водах: обзор методов / А.А. Абрамова, Е.В. Астраханцева, М.Ю. Дягелев, В. Г. Исаков // Управление техносферой. — 2023. — Т. 6. — № 4. — С. 498–512. — DOI 10.34828/UdSU. 2023.78.55.002.

13. Федотова А. Ю. Гранулометрические характеристики микропластика и его распространение в природных водах / А.Ю. Федотова, М.Ю. Дягелев, В. Г. Исаков // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. — 2022. — № 3 (47). — С. 29–47. — DOI 10.15593/2409–5125/2022.3.03.

14. Corcoran P. L., Biesinger M. C., Grif M. Plastics and beaches: A degrading relation-ship. — Marine Pollution Bulletin. — 2009. — V. 58, pp. 80–84. doi: 10.1016/j.marpolbul.2008.08.022.

15. Ryan P. G., Moore C. J., Van Franeker J. A., Moloney C. L. Monitoring the abundance of plastic debris in the marine environment. — Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. — 2009. — V. 364 (1526), pp. 1999–2012. doi: 10.1098/rstb.2008.0207.

16. Jungnickel H., Pund R., Tentschert J., Reichardt P., Laux P., Harbach H., Luch A. Time-of-fight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) — based analysis and imaging of polyethylene microplastics formation during sea surf simulation. — Science of The Total Environment. — 2016. — V. 563–564, pp. 261–266. doi: 10.1016/j.scitotenv

17. Chubarenko I., Efmova I., Bagaeva M., Bagaev A., Isachenko I. On mechanical fragmentation of singleuse plastics in the sea swash zone with different types of bottom sediments: Insights from laboratory experiments. — Marine Pollution Bulletin. — 2020. — V. 150, pp. 110726. doi: 10.1016/j.marpolbul.2019.110726.

18. Song Y. K., Hong S. H., Jang M., Han G. M., Jung S. W., Shim W. J. Combined Effects of UV Exposure Duration and Mechanical Abrasion on Microplastic Fragmentation by Polymer Type. — Environmental Science and Technology. — 2017. — V. 51 (8), pp. 4368–4376. doi: 10.1021/acs.est.6b06155.

19. Kalogerakis N., Karkanorachaki K., Kalogerakis G. C., Triantafyllidi E. I., Gotsis A. D., Partsinevelos P., Fava F. Microplastics Generation: Onset of Fragmentation of Polyethylene Films in Marine Environment Mesocosms. — Frontiers in Marine Science. — 2017. — V. 4, pp. 1–15. doi: 10.3389/fmars.2017.00084.

Статья поступила 23.06.2025 г.

Статья одобрена к публикации 25.06.2025 г.

Исследование воздействия ультрафиолетового излучения на процессы фрагментации полимерных цепей в водной среде представляет собой актуальную и многоаспектную проблему, имеющую фундаментальное значение для различных областей науки и техники [1]. Ультрафиолетовое излучение как мощный энергетический агент способно инициировать химические реакции, приводящие к разрушению макромолекулярных структур полимеров. В водной среде, где протекают многочисленные химические и биологические процессы, механизмы деградации полимеров под действием УФ-излучения становятся особенно сложными и многогранными [2].

Фрагментация полимерных цепей под воздействием УФ-излучения обусловлена фотохимическими реакциями, происходящими на уровне отдельных звеньев полимера. Эти реакции включают поглощение квантов света молекулами полимера, что приводит к образованию высокоэнергетических интермедиатов, таких как радикалы и ион-радикалы. Данные интермедиаты инициируют цепные реакции разрыва химических связей в полимерной цепи, что в конечном итоге приводит к образованию фрагментов различной молекулярной массы [3, 4].

В водной среде процессы фотодеградации полимеров осложняются взаимодействием с молекулами воды и растворенными веществами, что влияет на кинетику и механизмы реакций. Вода может выступать как акцептор радикалов, что приводит к образованию новых продуктов деградации. Кроме того, растворенные вещества могут модифицировать спектр поглощения полимера, изменяя его чувствительность к УФ-излучению [3].

Для изучения влияния УФ-излучения на фрагментацию полимеров в водной среде используются различные методы анализа, включая спектроскопию, хроматографию и масс-спектрометрию. Эти методы позволяют количественно оценить степень деградации полимера, определить молекулярно-массовое распределение продуктов деградации и изучить механизмы химических реакций [5–8].

Для Цитирования:
Егорова М.Д., Специфика фрагментации полимеров в водной среде при интенсивном ультрафиолетовом облучении. Водоочистка. 2025;7.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: