Attachment Behavior of Polystyrene Microplastics to Quartz Sand in an Aqueous Environment: Effects of Particle Shape

Abstract

Developments in industry and technology have led to a rise in the use of plastics and disposables materials. This increase in plastic usage can be reasonably linked to the surge in the levels of microplastics being found in the environment. In addition, the recent use of disposable hygiene and medical products worldwide in response to the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2, COVID-19) pandemic has had a significant impact on the distribution of secondary microplastics because of the exposure of such items to the environment, wherein they degrade, and accumulate in the air, water, and soil. Microplastics accumulated in aqueous environments affect living organisms and pass through the food chain to pose a threat to human health. Although it is expected that most of the microplastic in the environment will be secondary microplastics of various shapes that have been generated by weathering and erosion of bigger plastic chunks, there have been few studies on non-spherical microplastics compared to spherical particles. Due to the different properties of spherical and non-spherical particles, there is a need for their comparison. In this study, three types of shapes (i.e., spheres (SP), pear (PE), and peanut (PN)), were selected to test the aggregation and attachment differences of these particles to sediment relating to particle shape in an aqueous environment. The experimental results show that the spherical (SP) and non-spherical (PE and PN) particles exhibit differences in their attachment to sediment, suggesting that the shape of the particles may affect their aggregation and attachment behavior in aqueous environments.|산업기술의 발달로 플라스틱 및 일회용품 사용량이 증가함에 따라 환경 중 미세플라스틱 발생량의 급증을 쉽게 예측할 수 있다. 또한, 최근 COVID-19로 인한 전세계적인 일회성 위생용품 및 의료품의 사용은 2차 미세플라스틱 생성에 큰 영향을 미칠 수 있으며, 발생된 미세플라스틱은 환경 중으로 노출된 미세플라스틱은 대기, 수질, 토양에 축적되고 있다. 특히 수계의 미세플라스틱은 먹이사슬 효과를 통해 생물체에 쉽게 영향을 미칠 수 있고, 인간의 건강에도 유해를 가할 수 있다. 이러한 이유로 인한 전세계 연구진들의 관심이 높아지고 있으며 관련된 많은 연구가 보고되고 있다. 하지만, 환경 내 미세플라스틱은 대부분 풍화, 침식 작용 등으로 조각난 다양한 모양의 2차 미세플라스틱이 존재할 것으로 예상되나, 주로 균일한 구형 입자에 대한 연구가 보고되고 있으며 비 구형의 미세플라스틱에 관한 연구는 상대적으로 미비한 실정이다. 본 연구에서는 수계 환경에서 퇴적물과 입자의 모양에 따른 차이를 확인하고자 세 가지 모양인 구형(spherical), 배형(Pear-shaped), 땅콩형(Peanut-shaped)을 선정하여 실험을 수행하였다. 실험 결과 구형 입자와 비 구형(배형 및 땅콩형) 입자는 퇴적물과의 반응에서 차이를 보였고, 이는 입자의 모양이 수계 환경 내에서 영향을 줄 수 있다는 점을 시사한다.