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Lost and found
microplastic extraction and isolation from soil using Fenton oxidation and density separation
Thao Trang Tran
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Environmental Systems: Processes - Pollution - Solutions
Betreuer*in
Thilo Hofmann
DOI
10.25365/thesis.80189
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-28510.52290.913189-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Mikroplastikpartikel haben sich zu persistenten Schadstoffen in der Umwelt entwickelt, biologisch abbaubare Kunststoffe stellen eine potenzielle Alternative zu nicht biologisch abbaubaren Kunststoffen dar. Allerdings sind standardisierte Protokolle zur Extraktion von Mikroplastikpartikeln aus komplexen Umweltmatrizes wie Boden noch unterentwickelt. Ziel dieser Studie war es, eine Extraktionsmethode für Mikroplastikpartikel im Boden zu entwickeln und zu optimieren, wobei der Schwerpunkt auf Polybutylenadipat-co-terephthalat, einem biologisch abbaubaren Polymer, lag. Es wurden vier verschiedene Extraktionssequenzen getestet, und die Experimente wurden mit drei Arten von Böden unterschiedlicher Zusammensetzung (LUFA 2.1, LUFA 2.2 und 5M) mit vier Probengrößen (1g, 2g, 5g und 10g) durchgeführt. Jeder Bodenprobe wurden fluoreszierende Polybutylenadipat-co-terephthalat Partikel zugesetzt, die Rückgewinnungsrate wurde durch Partikelzählung unter einem Stemi SV 11 Stereomikroskop quantifiziert. Die Ergebnisse zeigten, dass für jeden Bodentyp die Entfernung organischer Stoffe gefolgt von einer Dichteseparation in einem Trichter durchweg die höchsten Rückgewinnungsraten ergab, die bei 5-g-Proben über 80 % lagen. Die Zentrifugation ergab etwas höhere Rückgewinnungsraten bei weniger komplexen Böden (LUFA 2.1), zeigte jedoch eine größere Variabilität bei Böden mit höherem Ton- und Organikgehalt (LUFA 2.2 und 5M). Das optimierte Protokoll, das die Entfernung organischer Stoffe gefolgt von einer Dichteseparation in einem Trichter umfasste, wurde dann auf eine landwirtschaftliche Bodenprobe angewendet, die an einem Teststandort der Universität entnommen worden war. Dieser Boden wurde mit fünf verschiedenen Polymertypen versetzt: Polybutylenadipat-co-terephthalat, Polymilchsäure, Polypropylen, Polyethylen niedriger Dichte und Polystyrol. Der zur Polymeridentifizierung verwendete Fluoreszenzfarbstoff war 4-Dimethylamino-4'-nitrostilben, ein Fluoreszenzfarbstoff, der je nach Polymertyp unterschiedliche Emissionsfarben erzeugt. Die Gesamtausbeute für die fünf Polymere betrug 80 ± 4%, wobei Polymilchsäure mit 93 ± 12% die höchste Ausbeute erzielte. Diese Ergebnisse bestätigen, dass die Zusammensetzung des Bodens einen starken Einfluss auf die Ausbeute von Mikroplastikpartikeln hat. Das optimierte Protokoll mit einer Probengröße von 5g bietet eine reproduzierbare und kostengünstige Methode zur Extraktion biologisch abbaubarer Kunststoffe aus dem Boden und kann an verschiedene Polymertypen und Bodenbeschaffenheiten angepasst werden.
Translated by DeepL.com and reviewed by Manuel Groß
Abstract
(Englisch)
Microplastic particles have emerged as persistent pollutants in the environment, and biodegradable plastics represent a potential alternative to non-biodegradable plastics. However, standardized protocols for extracting microplastic particles from complex environmental matrices such as soil remain underdeveloped. This study aimed to develop and optimize an extraction method for microplastic particles in soil, focusing on polybutylene adipate-co-terephthalate, a biodegradable polymer. Four different extraction sequences were tested, and the experiments were conducted using three types of soil with differing compositions (LUFA 2.1, LUFA 2.2, and LUFA 5M) with four sample sizes (1g, 2g, 5g, and 10g). Fluorescent polybutylene adipate-co-terephthalate particles were added to each soil sample, and the recovery rate was quantified using particle counting under a Stemi SV 11 stereo microscope. The results showed that for each soil type, the sequence of organic matter removal followed by density separation in a funnel consistently provided the highest recovery rates, exceeding 80% in 5g samples. Centrifugation produced slightly higher recovery rates in less complex soil (LUFA 2.1), but exhibited greater variability in soil with higher clay and organic matter content (LUFA 2.2 and LUFA 5M). The optimized protocol, which involved organic matter removal followed by density separation in a funnel, was then applied to soil from an agricultural test site of the University of Natural Resources and Life Sciences in Vienna. This soil was spiked with five different types of polymers: polybutylene adipate-co-terephthalate, polylactic acid, polypropylene, low-density polyethylene, and polystyrene. The fluorescence dye used for polymer identification was 4-dimethylamino-4’-nitrostilbene, a fluorescent dye that produces distinct emission colors depending on the polymer type. The overall recovery rate across the five polymers was 80 ± 4%, with polylactic acid yielding the highest recovery at 93 ± 12%. These findings confirm that the composition of soil strongly influences the recovery efficiency of microplastic particles. The optimized protocol using a 5g sample size offers a reproducible and cost-effective method for extracting biodegradable plastics from soil and can be adapted for various polymer types and soil compositions.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Mikroplastikpartikel Böden PBAT Fenton-Reaktion Dichteseparation Mikroplastik Extraktion
Schlagwörter
(Englisch)
Microplastic Soil PBAT Fenton reaction Density separation Microplastic extraction
Autor*innen
Thao Trang Tran
Haupttitel (Englisch)
Lost and found
Hauptuntertitel (Englisch)
microplastic extraction and isolation from soil using Fenton oxidation and density separation
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
50 Seiten in verschiedenen Seitenzählungen : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Thilo Hofmann
Klassifikation
43 Umweltforschung > 43.00 Umweltforschung. Umweltschutz. Allgemeines
AC Nummer
AC17767764
Utheses ID
78982
Studienkennzahl
UA | 066 | 299 | |