Characterisation and Studies of Microplastics in Marine Environments – Gradient from Bermuda to the Arctic and Laboratory Based Weathering.

Abstract

Sikte med denne oppgåva var å bidra med kunnskap om mikroplast, eit nytt veksande felt. For å oppnå dette var eit tredelt føremål forma: (1) å karakterisere verkelege mikroplast partiklar frå sjøoverflata som vart sampla på ‘the Arctic Expedition’, (2) skapa ein akselert forvitringsstudie for polyetylene og (3) undersøka mogelig adsorpsjon av metall til mikroplast partiklar.

387 partiklar frå 11 ulike stadar i Nord-Atlanteren vart analysert ved bruk av metoden ATR FT-IR og vart verifisert ved å analysera 50 av partiklane ved pyr-GC/MS. Eit gjennomsnitt på 0,0252 partiklar per m^3 vart funnen. Fleirtalet av prøvene var av typane fiber (44%) og 2D/filmar (37%). Kvit (35 %), blå (19 %) og gjennomsiktig (16 %) var dei vanlegaste fargane. 362 av dei 387 partiklane vart identifiserte som syntetiske polymerar. Størstepart av plasten som blei påvist var av typane PE (57%) og PP (29%).

Ein akselerert forvitringsstudie vart utført ved LLDPE i både partikkel- og filmform, med og utan 100 ppm av anti-oksidant vitamin E tilsetning, i tillegg til ein kommersiell brødpose (LDPE) frå Meny. To partikkelstorleikar vart brukte (200-425 μm og 425-600 μm), og den totale tida i UV-kammeret vart 1600 timar. Dei forvitra prøvene vart analyserte ved GPC og ATR FT-IR. Det vart funne at anti-oksidant eigenskapane til vitamin E reduserte graden av kjede-brot i polymeren samanlikna med LLDPE utan. Dette gjeld både for filmar og partiklar. Det vart også funne at ein mindre partikkelstorleik aukar farten på kjede-brot. Den kommersielle LDPE-brødposen frå Meny ser ut til å innehalda noko additiv, då kjeda til polymeren brot langsamare enn for LLDPE-filmane.

Ved bruk av LLDPE-pulverpartikler som vart forvitra i 1200 timar vart det gjort ei gransking av adsorpsjonen til seks metall (Cd, Cr, Cu, Hg, Pb, Zn) i simulert sjøvatn. ICP-MS vart brukt til å analysera løysingane og prinsipal komponent analyse (PCA) vart utført på resultata. Resultata viste at partiklane hadde noko adsorpsjon av Hg (Kpw = 0.36) og at partiklane frigjorde Zn til vatnet (K pw = -0,20). For dei resterande 4 metalla vart ingen interaksjon funne, og det var ingen indikasjon på at storleiken til partiklane påverka adsorpsjon.

The aim of this thesis was to contribute to the growing field of microplastic research. To do so the aims were threefold: to characterise real-life sea-surface micoplastics that were sampled on the Arctic Expedition, create an accelerated weathering study and investigate possible adsorption of metals to microplastic particles. 387 particles from 11 locations in the North Atlantic Ocean was analysed using ATR FT-IR and was verified by analysing 50 of the particles by pyr-GC/MS. An average of 0.0252 particles per m^3 was found. The majority of the samples were fibre (44%) and 2D/films (37%) over 3D. White (35%), blue (19%) and clear (16%) were the most common colours of the particles. 362 of the 387 particles were identified as synthetic polymers, PE (57%) and PP (29%) showed to be the most abundant types of plastics found.

An accelerated weathering study was executed on LLDPE in both particle and film form, with and without 100ppm of the anti-oxidant Vitamin E additive as well as LDPE commercial bread bag from Meny. Two particle sizes were used (200-425 μm and 425-600μm), and the total time in the UV chamber was 1600 hours. The weathered samples were analysed by GPC and ATR FT-IR. It was found that the anti-oxidant properties of the vitamin E additive decreased the rate of chain breakage compared to LLDPE without, both for films and particles. A smaller particle size increases the rate of chain breakage. The commercial LDPE bread bag from Meny appears to contain some type of additive as it has a slower chain-breakage than the other LLDPE films.

Using LLDPE powder particles weathered for 1200 hours a study of the adsorption of six metals (Cd, Cr, Cu, Hg, Pb, Zn) in simulated seawater was done. ICP-MS was used to analyse the solutions and PCA was conducted on the results. It showed that the particles had some adsorption of Hg (Kpw = 0.36) and that the particles released Zn to the water (Kpw = -0.20). For the 4 other metals no interaction was found and there were no indication of particle size eecting adsorption.