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Salinity and turbulence influence the leaching process of DEHP from PVC microplastics
Jonas Christoph Lamprecht
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Interdisziplinäres Masterstudium Environmental Sciences
Betreuer*in
Thilo Hofmann
Mitbetreuer*in
Thorsten Hüffer
DOI
10.25365/thesis.69575
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-11095.47811.254834-5
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Seit Beginn der Plastikproduktion in den 1950er Jahren nimmt die Verschmutzung der Umwelt
durch Plastik zu. Seit 2004 wird ein besonderes Augenmerk auf die Erforschung der Auswirkungen
von Mikroplastik (MP) auf die Umwelt gelegt. MP sind Partikel verschiedener Polymertypen mit
einem Durchmesser von 1 bis < 1000 μm, wobei sich eine einheitliche Definition noch nicht durchgesetzt
hat. Bei der Herstellung von Plastik werden teils schädliche Additive wie Phthalate zugesetzt,
um die Funktionalität und Lebensdauer der Kunststoffe zu erhöhen. Sie können durch Auswaschung
aus MP in die Umwelt gelangen. Ziel dieser Arbeit ist es daher, den Einfluss des Salzgehalts und der
Turbulenz auf den Auslaugungsprozess zu untersuchen, da diese Faktoren bestimmten Umweltsystemen
zugeordnet werden können, die am MP-Transport beteiligt sind wie beispielsweise Flüsse oder
Ozeane. Dies würde helfen, gefährdete Ökosysteme für Additivverschmutzung zu identifizieren.
Die Auslaugungsversuche wurden mit PVC durchgeführt, da dieses Polymer die meisten Phthalate
in die Umwelt einbringt.
Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass Auslaugvorgänge von DEHP aus PVC MP durch die Diffusion
durch eine wässrige Grenzschicht (ABL) limitiert werden. Mit zunehmender Turbulenz erhöht
sich die Auslaugungsrate. Basierend auf Modellergebnissen, die die Diffusionsprozesse des Phthalats
beschreiben, kann die erhöhte Auslaugungsrate auf eine dünnere ABL, die das MP-Granulat
umgibt, zurückgeführt werden. Die kürzere Diffusionsstrecke durch die dünnere ABL erhöht daher
die Auslaugungsraten. Weiterhin wurde festgestellt, dass ein erhöhter Salzgehalt die Auslaugungsraten
reduziert, da die Zugabe von Salz die schwer wasserlöslichen Phthalate aus der wässrigen
Lösung drängt. Dadurch erhöht sich der Verteilungskoeffizient von DEHP zwischen MP und der
wässrigen Phase. Weiterhin zeigen die Ergebnisse des ABLD-Modells auf, dass die Halbwertszeiten
der Auslaugung mit zunehmendem Salzgehalt und abnehmender Turbulenz zunehmen. Allerdings
wurden selbst bei Bedingungen niedriger Auslaugunsraten, Halbwertszeiten von 416 Jahren
berechnet, während die Verweilzeiten von MP in Flüssen nur von Tagen bis Wochen reichen. Der
Hauptanteil von DEHP wird daher in den Ozeanen freigesetzt.
Diese Studie liefert erste Erkenntnisse über die Auswirkungen von zwei Umweltfaktoren auf den
Auslaugungsprozess eines Phthalats aus PVC. Bei der Bewertung der Auslaugung von Phthalaten
in die Umwelt müssen jedoch weitere Umweltfaktoren berücksichtigt werden. Weitere Forschung
ist daher obligatorisch, um ein besseres Verständnis der Auslaugungsprozesse und Schadstoffinteraktionen
von MP und der Umwelt zu erlangen.
Abstract
(Englisch)
Since the beginning of plastic production in the 1950s, the pollution of the environment by plastic
has been increasing, which is why the problem is being discussed in science and the public. Since
2004, particular attention is being paid to the effects of microplastics (MP) on the environment.
MPs are particles of different polymer types with a diameter of 1 to < 1000 μm, although a
uniform definition has yet not been established. During the production of plastic, partially harmful
additives such as phthalates are added to increase the functionality and service life of plastics.
They can be released into the environment from MPs through leaching. The aim of this work is
to investigate the influence of salinity and turbulence on the leaching process since those factors
can be assigned to particular environments that are involved in MP transport such as rivers or
oceans. This would help to identify environments which are most susceptible to additive pollution.
Leaching experiments were carried out with PVC since this polymer introduces the most phthalates
into the environment.
The results of the thesis show that leaching processes of DEHP plasticized PVC MPs are limited by
aqueous boundary layer diffusion (ABLD). Increasing turbulence increases the leaching rate. Based
on model results describing the diffusion processes of the phthalate, the increased leaching rate can
be attributed to a thinner ABL surrounding the MP pellet. Hence, the shorter diffusion distance
through the thinner ABL increases the leaching rate. Further, it was found that higher salinity
reduces the leaching rates, as an addition of salt displaces the slightly water-soluble phthalates
from the aqueous solution. Thus, the partition coefficient of DEHP between the MP pellet and
the aqueous phase increases. Further, the results of the ABLD model show that leaching halflives
increase with increasing salinity and decreasing turbulence. However, even at slow leaching
conditions, leaching half-lives were estimated to be 416 years, while residence times of MPs in rivers
range from days to weeks. The main fraction of DEHP will thus be released into the oceans.
This study provides first insights of the effects of two environmental factors on the leaching process
of a phthalate from PVC. However, other environmental factors need to be considered when
assessing the leaching of phthalates into the environment. Further research is thus obligatory to
gain a better understanding of the leaching processes and pollutant interactions of MPs and the
environment.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Mikroplastik
Autor*innen
Jonas Christoph Lamprecht
Haupttitel (Englisch)
Salinity and turbulence influence the leaching process of DEHP from PVC microplastics
Paralleltitel (Deutsch)
Salzgehalt und Turbulenz beeinflussen die Auslaugung Prozess von DEHP aus PVC-Mikroplastik
Publikationsjahr
2021
Umfangsangabe
XII, 63 Seiten : Illustrationen
Sprache
Deutsch
Beurteiler*in
Thilo Hofmann
Klassifikation
35 Chemie > 35.10 Physikalische Chemie: Allgemeines
AC Nummer
AC16426199
Utheses ID
59041
Studienkennzahl
UA | 066 | 299 | |