AP 3: Identifisering og kvantifisering av (mikro-)plast

(Foto: Erik Joner)
Ett av våre hovedfokus i AP 3 har vært å identifisere og kvantifisere (mikro-)plast i organiske avfallsressurser.
Simultan termisk analyse
NIBIO har en STA/FTIR/GC-MS (forkortelse for simultan termisk analyse / Fourier-Transform infrarød spektroskopi / gasskromatografi-massespektrometri), som kan benyttes til å kvantifisere plast i komplekse miljøprøver, for eksempel organiske avfallsressurser og jord (Figur 1).

STA/FTIR/GC er en analyselinje der smelteenergien til plast kan måles (gjennom differensiell skanning-gravimetri, DSC) og benyttes til både kvantifisering og identifisering, og der FTIR og CG-MS kan benyttes til å kvalifisere resultatene fra DSC-analysen.
Denne metoden, i kombinasjon med forbehandling av prøver der vi fjerner lett nedbrytbart organisk materiale, skal utvikles og implementeres som et verktøy i kvalitetskontroll av organisk avfall som skal gjenbrukes som organisk gjødsel og jordforbedringsmiddel
Apparatet har vært brukt med hell til å identifisere blandinger av plast i kompost uten forbehandling av prøvene.
Et eksempel på DSC-analyse av kompost med innhold av lavdensitetspolyetylen (PE-LD), polypropylen (PP) og polyetylenfibre (PE) vises i Figur 2.

Vi har testet apparatets deteksjonsgrenser ved hjelp av ulike temperaturprogrammer og plasttyper. Polypropylen i kompost kan for eksempel detekteres i konsentrasjoner helt nede i 0,1 vektprosent. For å gjøre det mulig å detektere plast i konsentrasjoner under 0,1 vektprosent har vi undersøkt ulike forbehandlingsmetoder for prøvene.
I løpet av dette prosjektet har vi også utviklet en database over DSC- og FTIR-spektre for en rekke typer plast fra forbrukerprodukter som kan lages av blandinger av ulike polymerer, blant annet polymerer med biologisk opphav og biologisk nedbrytbare polymerer.


Mikroplast i biogass-råtnerest
I dette prosjektet undersøkte vi også mikroplast i biogass-råtnerest.
Biogass-råtnerest som ble benyttet som jordforbedringsmiddel, viste seg å inneholde 0,2-1 % mikroplast med partikkelstørrelse 0,2-3 mm.
Enkelte av disse plastpartiklene hadde en sammensetning som var relativt lik i plastposer som brukes til innsamling av matavfall, men ikke alle, noe som tydet på at det fantes forekomster av plastavfall i matavfallet (feil kildesortering).
For ytterligere detaljer, se MSc.-oppgaven til Ann-Katrin Dale “Utprøving av ny metode for kvantifisering av mikroplast i biogjødsel/Testing of new analytical method for quantifying microplastics in biofertilizer”.
KONTAKTPERSON

Erik J. Joner
Seniorforsker
-
Divisjon for miljø og naturressurser
(+47) 450 00 567 erik.joner@nibio.no Kontorsted: Ås - Bygg H7

Claire Coutris
Forsker
-
Divisjon for miljø og naturressurser
(+47) 954 28 281 claire.coutris@nibio.no Kontorsted: Ås - Bygg H7

Forbehandling av miljøprøver
Tetthetsseparering:
Separering av plast fra organisk materiale kan utføres ved hjelp av løsninger med ulike tettheter. Gummikorn fra kunstgressbaner ble for eksempel gjenfunnet i jorden rundt stadionene og ble separert fra jorden ved hjelp av en mettet salt/sukker-løsning, som vist i Figur 3.
Oksidering av organisk materiale ved hjelp av Fenton-reaksjon:
En annen måte å bedre deteksjonsgrensen i STA-FTIR-prosessen på, er å øke plastfraksjonen i prøven gjennom å fjerne organisk materiale. Dette kan oppnås ved hjelp av en Fenton-reaksjon, som består av H2O2 og en Fe2+-løsning ved lav pH. Oksideringen ble gjort på organisk avfall fra biogassproduksjon og kompost (Figur 4). Det ble også gjort direkte på ulike plasttyper, spesielt biologisk nedbrytbar plast, for på den måten å kunne redegjøre for potensielt tap av plastmateriale i løpet av oksideringen.