Nanoplastics in de bodem: Invloed van bodemtype en pH op de mobiliteit

Onderzoekers onderzoeken het effect van bodem-pH en oppervlakte-eigenschappen op het adsorptie- en aggregatiegedrag van plastic nanodeeltjes.

Plastics zijn overal—van verpakkingen en textiel tot elektronica en medische apparaten. Wanneer plastic afval afbreekt, komen microscopische deeltjes vrij die onze ecosystemen kunnen binnendringen, de plantengroei kunnen belemmeren en mogelijk schadelijke verontreinigende stoffen aan organismen, inclusief mensen, kunnen overdragen. Daarom vormen deze plastic deeltjes een potentiële bedreiging voor het ecosysteem, vooral in hun nanoparticulaire vorm (1–100 nm diameter), die het milieu via verschillende routes kan binnendringen, inclusief de bodem onder onze voeten.

Met dit in gedachten heeft een team van onderzoekers uit Japan de migratie van nanoplastics in verschillende bodemtypes bestudeerd. De studie werd geleid door Kyouhei Tsuchida, een Ph.D. student van het Nationaal Instituut voor Geavanceerde Industriële Wetenschap en Technologie (AIST) en Waseda University, met medestudenten Yukari Imoto, Takeshi Saito en Junko Hara, ook van AIST, en Professor Yoshishige Kawabe van de Afdeling Hulpbronnen en Milieu Engineering aan Waseda University. Deze studie werd online gepubliceerd in het tijdschrift Science of the Total Environment op 4 april 2025.

De onderzoekers concentreerden zich op de adsorptie van nanoplastics op de bodem en de aggregatie-eigenschappen van zowel de nanoplastics als de bodemdeeltjes onder verschillende pH-omstandigheden. “De aggregatie-eigenschappen van nanoplastics en hun adsorptie op bodemdeeltjes zijn bekend om hun invloed op de migratie in de bodem,” merkt Tsuchida op. “We hebben experimenten uitgevoerd om deze eigenschappen te analyseren en zo een beter begrip te krijgen van de migratie van nanoplastics.”

Het onderzoeksteam richtte zich op drie belangrijke aspecten. Ten eerste, de homo- of zelfaggregatie van de nanoplastics. Ten tweede, de adsorptie-eigenschappen van de nanoplastics op de bodem, en ten derde, hoe de adsorptie van nanoplastics de aggregatie van bodemdeeltjes beïnvloedt.

Om het gedrag van de nanoplastics onder verschillende bodemomstandigheden te begrijpen, gebruikten de onderzoekers twee verschillende soorten bodem: andosol (vulkaanbodem) en fijne zand. “Zowel andosol als fijne zand hebben extreem verschillende eigenschappen, en we hebben deze twee gebruikt om een breder idee te krijgen van hoe het gedrag van nanoplastics verandert in relatie tot de samenstelling en oppervlakte-eigenschappen van de bodem,” legt co-auteur Hara uit.

Voor de zelfaggregatiestudies van de nanoplastics bereidde het team eerst een suspensie van polystyreen nanodeeltjes voor onder drie verschillende pH-omstandigheden. Vervolgens bepaalden ze de deeltjesgrootte, aggregaatdeeltjesgrootte en zeta-potentiaal—een maat voor de elektrische lading op de deeltjesoppervlakken, wat helpt de stabiliteit van nanodeeltjes te bepalen.

Bovendien testten de onderzoekers de adsorptie-eigenschappen van de polystyreen nanodeeltjes op de twee bodemtypes onder variërende pH-omstandigheden. Om het adsorptiegedrag te analyseren, gebruikten de onderzoekers batchadsorptietests. “We gebruikten batchadsorptietests om dieper inzicht te krijgen in hoe plastic deeltjes zich ophopen in bodemporiën. Deze eigenschap is niet goed uitgelegd in kolomstudies,” legt co-auteur Kawabe uit.

De analyse van aggregatie en adsorptie omvatte geavanceerde instrumentele technieken, waaronder laser diffractie, UV-spectroscopie en zeta-potentiaal analyse. Volgens de resultaten werd er geen aggregatie waargenomen in de polystyreen nanodeeltjes vanwege de hoge negatieve lading op de polystyreen nanodeeltjes.

“De zeer negatieve zeta-potentiaal van de polystyreen nanodeeltjes veroorzaakt afstoting tussen de deeltjes en blijft ongevoelig voor pH-veranderingen,” meldt Tsuchida. “Dit stond in contrast met wat werd waargenomen voor de adsorptie-eigenschappen van de nanoplastics op de bodem. Polystyreen nanodeeltjes adsorbeerden op de bodem, wat werd beïnvloed door pH, en verder, de aggregatie van de bodemdeeltjes.”

De resultaten suggereren dus dat het bodemtype en de pH van de oplossing de beweging van nanoplastics in de bodem kritisch kunnen beïnvloeden. Het begrijpen van deze cruciale aspecten kan helpen bij het hervormen van beleid en strategieën om plasticvervuiling te verminderen.