Valutazione della degradazione di microparticelle di polipropilene in suoli: effetto della radiazione UV e dei principali additivi stabilizzanti

In recent decades, the use of plastic has increased considerably, given its chemical-physical properties (such as lightness, durability and low cost) and its versatility, which have allowed it to be used in a wide range of sectors such as construction, packaging and agriculture. The huge accumulation combined with mismanagement, when it becomes waste, has led to an accumulation of plastic in the entire terrestrial and marine ecosystem. Due to the non-biodegradability of this material, once in the environment it is subject to physical and chemical degradation, such as abrasion by atmospheric agents and sunlight, transforming itself into smaller particles called microplastics (MP), which are considered ubiquitous pollutants. Agriculture is an important source of MP pollution due to the use of mulching films, which originate them directly in the soil, and other sources such as sewage sludge and irrigation water. Once in the soil, MPs can have several fates, including ending up deep in the soil due to movement due to pedofauna (ants, earthworms) or due to soil ploughing. All this leads to a high accumulation of MP in the soil, which is why the work presented focuses on the soil matrix, which is still little investigated. For the aforementioned reasons, the aim of this work is to study the degradation of polypropylene (PP), one of the plastics with the highest commercial demand at 19.4%. Specifically, the degradation of PP was investigated in the soil matrix under ultraviolet UVC radiation at different time intervals (24, 48, 72 hours and 7 days). This study thus provides a basis for the assessment of MP degradation in the environmental soil compartment, which has not yet been investigated. Degradation was assessed in two different matrices: water and soil, the latter of which was sampled at the Orti Generali in Turin and selected due to its low initial concentration of microplastics. Sample preparation involved homogenising 4 grams of dried soil with 20 selected PP particles. The evaluation of MP degradation was carried out using a stereomicroscope, Fourier transform infrared radiation micro-spectroscopy (μ-FT-IR) and gas chromatography coupled with mass spectrometry. The latter, unlike standard techniques, involves the use of a pyrolysis system (Pyr-GC/MS). The stereomicroscope was used for the qualitative analysis, and through it it was possible to observe the surface of the MPs in order to assess their surface degradation in the different matrices. A further qualitative analysis was carried out using Pyr-GC/MS by selecting 10 pyrolytic products characteristic of the chosen polymer such as 1-propene, pentane, 2-methyl-1-pentene, 2,2,4-trimethyl-1-pentane, 2,4-dimethyl-1-heptene (trimers), 2,4,6-trimethyl-1-heptene, 2,4-dimethyl-1-decene and 1-nonadecene. These pyrolysis products were chosen to assess whether the degradation acts more on the lower or higher molecular weight products. As a further evaluation of PP degradation, the μ-FT-IR technique was also used. Pyr-GC/MS was also used for quantitative analysis; carried out by evaluating the area of the 10 chosen pyrolysis products and standardising it for the mass of the sample placed in the pyrolyser and the internal standard (anthracene d-10). Infinite, the effect of the radiation on the unadded PP with antioxidant compounds, which were removed from the plastic by washing, was evaluated.

Negli ultimi decenni l’utilizzo della plastica è aumentato notevolmente, date le sue proprietà chimico-fisiche (quali leggerezza, durata e basso costo) e la sua versatilità, che ne hanno permesso l’ampio utilizzo in un’ampia gamma di settori come edilizia, imballaggio, agricoltura. L’ingente accumulo unito ad un’errata gestione, nel momento in cui questa diventa un rifiuto, ha portato ad un accumulo della plastica nell’intero ecosistema terrestre e marino. A causa della non biodegradabilità di questo materiale, una volta nell’ambiente è soggetto a degradazione fisica e chimica, come l’abrasione da agenti atmosferici e la luce solare, trasformandosi in particelle di dimensioni ridotte definite microplastiche (MP), considerate inquinanti ubiquitari. L’agricoltura rappresenta un’importate fonte di inquinamento di MP dovuto all’utilizzo dei film di pacciamatura, che le originano direttamente sul suolo e altre fonti come i fanghi di depurazione e l’acqua di irrigazione. Una volta nel suolo le MP posso avere diversi destini, tra cui quello di finire in profondità a causa dei movimenti dovuti alla pedofauna (formiche, lombrichi) oppure dovuti all’aratura del terreno. Tutto ciò porta ad un elevato accumulo di MP nel suolo, per tale motivo, il lavoro presentato è incentrato sulla matrice suolo, ancora poco indagata. Per i motivi sopracitati, lo scopo di questo lavoro è incentrato sullo studio della degradazione del polipropilene (PP), una delle plastiche con maggiore domanda commerciale con un valore pari a 19,4%. In particolare, la degradazione del PP è stata indagata nella matrice suolo, sotto radiazione ultravioletta UVC in diversi intervalli di tempo (24, 48, 72 ore e 7 giorni). Questo studio permette quindi di introdurre una base sulla valutazione della degradazione delle MP nel comparto ambientale del suolo, ancora poco indagata. La degradazione è stata valutata in due matrici diverse: l’acqua e suolo, quest’ultimo è stato campionato presso gli Orti Generali di Torino e selezionato in virtù della sua bassa concentrazione iniziale di microplastiche. La preparazione del campione ha previsto l’omogeneizzazione di 4 grammi di suolo essiccato con 20 particelle selezionate di PP. La valutazione della degradazione delle MP è stata effettuata tramite uno stereomicroscopio, la micro-spettroscopia a radiazioni infrarosse a trasformata di Fourier (μ-FT-IR) e la gas-cromatografia accoppiata alla spettrometria di massa. Quest’ultima, a differenza delle tecniche standard, prevede l'uso di un sistema di pirolisi (Pyr-GC/MS). Lo stereomicroscopio è stato utilizzato per l’analisi qualitativa, e tramite esso è stato possibile osservare la superficie delle MP in modo da poterne valutare la degradazione superficiale nelle diverse matrici. Un’ulteriore analisi qualitativa è stata effettuata tramite il Pyr-GC/MS selezionando 10 prodotti pirolitici caratteristici del polimero scelto quali: 1-propene, pentano, 2-metil-1-pentene, 2,2,4-trimetil-1-pentano, 2,4-dimetil-1-eptene (trimero), 2,4,6-trimetil-1-eptene, 2,4-dimetil-1-decene e 1-nonadecene. Tali prodotti pirolitici sono stati scelti per valutare se la degradazione agisce maggiormente sui prodotti a più basso o alto peso molecolare. Come ulteriore valutazione della degradazione del PP si è utilizzata, inoltre, la tecnica μ-FT-IR. Il Pyr-GC/MS è stato inoltre utilizzato per l’analisi quantitativa; effettuata valutando l’area degli 10 prodotti pirolitici scelti e standardizzandola per la massa del campione