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UV-degraded polyethylene exhibits variable charge and enhanced cation adsorption

Titelangaben

Bartnick, Ryan ; Shahriari, Shahin ; Auernhammer, Günter K. ; Mansfeld, Ulrich ; Reichstein, Werner ; Hülsmann, Lisa ; Lehndorff, Eva:
UV-degraded polyethylene exhibits variable charge and enhanced cation adsorption.
In: PLoS One. Bd. 20 (2025) Heft 11 . - e0337180.
ISSN 1932-6203
DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0337180

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Angaben zu Projekten

Projekttitel:
Offizieller Projekttitel
Projekt-ID
SFB 1357: MIKROPLASTIK – Gesetzmäßigkeiten der Bildung, des Transports, des physikalisch-chemischen Verhaltens sowie der biologischen Effekte: Von Modell- zu komplexen Systemen als Grundlage neuer Lösungsansätze
391977956

Projektfinanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Zugehörige Forschungsdaten

Abstract

The widespread use of plastics has led to an omnipresence in soils. We aim to understand whether transformation of polyethylene (PE) and polyethylene terephthalate (PET) in the atmosphere alters their surface properties which, after input of microplastics to soil, leads to an increase of reactive surfaces in soils. PE and PET particles (sieved 200–400 µm) were exposed to accelerated UV degradation. Changes in particle size and surface morphology were measured (using electron microscopy) and compared to pH-dependent variation in surface charge parameters (zeta potential and cation exchange capacity). Fourier transform infrared spectroscopy and X-ray photoemission spectroscopy detected the formation of functional groups and surface atomic composition. After 2000 hours of degradation, PE particles reduced in size from 375 ± 117 µm to 8 ± 7 µm, while PET particles showed only a slight decrease in size, from 653 ± 219 µm to 484 ± 274 µm. Reduction of particle sizes correlated with increased absolute zeta potential and a decrease of the isoelectric point. Hydrated surface charge of degraded PE after 2000 hours was unstable under alkaline conditions, related to the formation of carbonyl groups on its surface and increase in hydrophilicity. PET showed fewer surface chemical changes. Especially for degraded PE incorporated in soil, the alteration of its surface can exhibit comparatively one-tenth of the cation sorption power of clay in alkaline environments (≈7.5 vs. 77 cmolc/ kg at pH 9), while degraded PET remained comparatively low (≈1.1 cmolc/ kg). This study demonstrates that PE undergoes substantial physicochemical changes during UV degradation, increasing its reactivity, while PET remains relatively stable. These findings highlight the need for further studies to differentiate and understand the effects of diverse plastic types on soil ecosystems.

Weitere Angaben

Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Begutachteter Beitrag: Ja
Institutionen der Universität: Fakultäten
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Geowissenschaften
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Geowissenschaften > Lehrstuhl Bodenökologie
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Geowissenschaften > Lehrstuhl Bodenökologie > Lehrstuhl Bodenökologie - Univ.-Prof. Dr. Eva Lehndorff
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Geowissenschaften > Juniorprofessur Ökosystemanalyse und -simulation
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Geowissenschaften > Juniorprofessur Ökosystemanalyse und -simulation > Juniorprofessur Ökosystemanalyse und -simulation - Juniorprof. Dr. Lisa Hülsmann
Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Fakultäten > Fakultät für Ingenieurwissenschaften > Lehrstuhl Keramische Werkstoffe
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen > Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung - BayCEER
Forschungseinrichtungen > Institute in Verbindung mit der Universität > Bayerisches Polymerinstitut (BPI)
Forschungseinrichtungen > Sonderforschungsbereiche, Forschergruppen > SFB 1357 - MIKROPLASTIK
Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 550 Geowissenschaften, Geologie
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften; Biologie
Eingestellt am: 27 Nov 2025 06:58
Letzte Änderung: 27 Nov 2025 06:58
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/95340