環境へ流出した微小プラスチックの劣化に着目した汚染物質の蓄積プロセスの検証

研究課題

研究課題/領域番号	23K11459
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分64010:環境負荷およびリスク評価管理関連
研究機関	富山県立大学
研究代表者	三小田憲史富山県立大学, 工学部, 講師 (80742064)
研究期間 (年度)	2023-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス	交付 (2023年度)
配分額 *注記	4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円) 2025年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円) 2024年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円) 2023年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード	マイクロプラスチック / 水環境 / 吸着 / 劣化 / 水環境汚染
研究開始時の研究の概要	本研究では、プラスチック粒子の環境中における劣化の様態と、微量汚染物質との吸着に主に着目する。両者を関連付けて解析することにより、近年懸念されているマイクロプラスチックへの汚染物質の蓄積動態をより高精度に評価することを試みる。プラスチックは実験室での加速劣化を中心にばく露を行い、種々の方法によりその特性変化を評価する。次いで、吸着実験を行うことにより劣化の影響とそのメカニズムについて検証する。また、実環境において検出されたマイクロプラスチックの特性と蓄積している微量汚染物質についても解析する。研究結果に基づき、マイクロプラスチックによる環境汚染リスクやその低減に関する知見を提示したい。
研究実績の概要	プラスチック粒子に対する屋外および人工太陽光を使った劣化試験を行った。2023年度は夏季から秋期にかけて屋外でのばく露を実施し、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリスチレン粒子を石英容器に入れて太陽光にばく露した。これらの粒子は回収後にFT-IRや電子顕微鏡（SEM）で観察を行った。また、多環芳香族炭化水素を対象とした吸着実験にも供試して。屋外で太陽光に曝露させた粒子ではポリエチレン粒子において黄変が確認され、FT-IRの測定結果でもカルボニルインデックスの値がばく露時間に伴い増加したことから、酸化劣化の進行が確認された。また、SEMによる観察ではばく露時間とともに一部プラスチック粒子表面において凹凸や歪みが見られ、太陽光ばく露による樹脂の崩壊が示唆された。これらの粒子を用いてpyreneを用いた吸着実験を行った。褐色試験管にプラスチックとpyrene溶液を加えて振とう後にpyreneの残留濃度を測定した。吸着量の値は初期濃度によって変化することから、固液分配係数（Kd）の値も用いながら比較した。その結果、屋外に曝露した試料においては未劣化のサンプルと比較して吸着量（Kd）が高い値を示した。また、吸着量の値はばく露時間とともに増加した。さらに、人工太陽光を照射した実験においても同様の傾向が確認されたことから、試験を行ったプラスチック樹脂においては太陽光による劣化は化学物質の蓄積を促進させる可能性があることが示された。また、秋期から冬季にかけては海岸から採取した砂を用いたプラスチックとの混合実験を行った。富山県の沿岸から採取した砂を洗浄してプラスチック粒子と数日間混合し、砂の中から分離したプラスチックを用いて吸着実験を行った。その結果、混合していないプラスチックと比べてpyreneの吸着量が増加する傾向にあった。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 2: おおむね順調に進展している理由予備実験の結果も踏まえながら、予定していた劣化試験を屋外太陽光と人工太陽下において実施することができた。分析の結果、ばく露時間の長期化に伴い、劣化が進行した一方でモデル物質として対象とした疎水性化学物質の吸着量が増加することが示された。プラスチックの化学分析も一部の項目については行うことができた。また、海岸から採取した砂とプラスチックとの混合による劣化試験についても検討を行った。さらに、海岸におけるプラスチックの調査と採取分析も行っており、進行状況は概ね順調であると評価できる。
今後の研究の推進方策	プラスチックの検体を複数種類収集しており、これらを用いて、劣化の条件やプラスチックの種類を変えながらさらに劣化実験を行い、化学物質の蓄積との関連性についても検証していく。屋外での太陽光ばく露実験では、2023年度に行った実験データを考慮しながら、さらに長期間のばく露期間を設けて実験を行う。また、ばく露したプラスチックの性状を把握するための分析項目も増やすことで、吸着量が増加した理由について物理化学的性質の観点から考察を行う。砂との混合実験では、機械的な劣化によって、断片化したプラスチックが生成したかどうかを確認する。また、断片化に対する紫外線劣化の影響も評価していく予定である。また、海岸におけるプラスチックを採取して、劣化の様態や化学物質の蓄積濃度についても検証を進めていく予定である。