陳澤田 對影響可降解塑料袋降解的因素及對分解產(chǎn)物可回收利用的探究

1、 對于聚乳酸全生物降解塑料(PLA類)降解方法的優(yōu)化與探究陳澤田 建平中學(xué) 上海摘要: 90 年代以來, 可降解塑料生產(chǎn)技術(shù)有了較大進(jìn)展, 開發(fā)出光生物降解塑料、完全生物降解塑料等品種。但可降解塑料所面臨的問題還有降解速率和成本的問題以及降解時排放二氧化碳及甲烷造成環(huán)境污染的問題。這些問題讓可降解塑料叫好卻不叫座，難以大規(guī)模投入使用，也間接導(dǎo)致白色污染的治理裹足不前。因此，本課題將著重對于聚乳酸全降解塑料（PLA類可降解塑料）的降解方法進(jìn)行優(yōu)化與探究，試圖尋找一種高效、低能耗、低成本的降解方法。本課題的降解方法將有望應(yīng)用于工業(yè)處理可降解塑料，從而對我國的環(huán)境事業(yè)做出一份貢獻(xiàn)。關(guān)鍵詞：PLA全降

2、解塑料 降解方法的優(yōu)化 低成本 快速 太陽能一、項(xiàng)目研究背景 1.1 可降解塑料的分類可降解塑料是指在生產(chǎn)過程中加入一定量的添加劑（如淀粉、改性淀粉或其它纖維素、光敏劑、生物降解劑等），穩(wěn)定性下降，較容易在自然環(huán)境中降解的塑料。它們主要分為四大類光降解塑料，生物降解塑料，光/生物降解塑料和水降解塑料。其中，能被完全降解的是生物降解塑料也稱全降解塑料，是本課題的主要研究對象。而其余幾種對于環(huán)境仍有污染，稱半降解塑料。生物降解塑料主要是填充型淀粉塑料。1973年，Griffin首次獲得淀粉表面改性填充塑料的專利。到80年代，一些國家以Griffin的專利為背景，開發(fā)出淀粉填充型生物降解塑料。填充型

3、淀粉塑料又稱生物破壞性塑料，其制造工藝是在通用塑料中加入一定量的淀粉和其他少量添加劑，然后加工成型，淀粉含量不超過30%。填充型淀粉塑料技術(shù)成熟，生產(chǎn)工藝簡單，且對現(xiàn)有加工設(shè)備稍加改進(jìn)即可生產(chǎn)，因此目前國內(nèi)可降解淀粉塑料產(chǎn)品大多為此類型。1.2 可降解塑料降解方法的現(xiàn)階段研究 目前對于聚乳酸全降解塑料的降解機(jī)理與可降解塑料降解性測試方案研究較多，而對于其降解方法的研究較少?，F(xiàn)有研究主要是一些綜述類的文獻(xiàn)中一筆帶過，根據(jù)資料來看，僅有李宗軍、溫瓊英 、王燕的生物降解塑料的降解性試驗(yàn)對于生物降解塑料的降解性進(jìn)行了研究并指出使可降解塑料降解的可能主要是霉菌和放線菌,塑料厚度與降解性呈負(fù)相關(guān) 。綜上所

4、述，現(xiàn)階段國內(nèi)對于可降解塑料的降解方法的研究仍處于起步階段，本課題的研究方向是較為新穎并具有研究的意義。1.3 全降解塑料降解方法優(yōu)化的重要性塑料所造成的“白色污染”對于環(huán)境的影響是極其惡劣的。普通塑料降解只能靠環(huán)境自身的凈化能力來降解，往往需要幾百年而且還會污染土地資源。如果火焚塑料則會產(chǎn)生大量有毒氣體，對于人類的健康有著極大的損害?？山到馑芰系某霈F(xiàn)無疑是一個劃時代的產(chǎn)品，它是塑料的環(huán)境友好型替代品。無論從性能還是降解性來說，可降解塑料都十分出色。但作為一個新產(chǎn)品，它仍存在一些問題比如成本、降解效率和產(chǎn)物等都導(dǎo)致它不能大規(guī)模使用，這對于地球的環(huán)境而言是一個極大的損失。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國每天使用普

5、通塑料在750噸左右 數(shù)據(jù)來自中國塑協(xié)塑料再生利用專業(yè)委員會，這意味著可降解塑料大規(guī)模使用的推遲將使環(huán)境發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的惡劣變化。所以，盡早解決可降解塑料的降解問題、成本問題和產(chǎn)物問題是十分重要且必要的。因而，優(yōu)化可降解塑料的降解方案是具有實(shí)際意義且對環(huán)境有利好的一個研究課題。 圖1.1 全降解塑料母粒1.4 主要研究目標(biāo) 探究聚乳酸全降解塑料PLA的分解因素如溫度、pH值、土壤中微生物含量及種類、氧氣含量、營養(yǎng)物質(zhì)等對于可降解塑料的分解速度的影響，并根據(jù)結(jié)果將多種影響因素進(jìn)行疊加影響實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)，本課題將總結(jié)歸納適合于多種類型的垃圾處理場有關(guān)于可降解塑料高效、節(jié)能的降解方案。二、研究方案設(shè)計(jì)

6、全降解塑料PLA的降解因素主要分為三大類：合成塑料的分子大小與結(jié)構(gòu)、微生物數(shù)量與種類和環(huán)境因素（包括溫度、pH值、濕度與營養(yǎng)物質(zhì)的豐富程度）。本課題主要研究微生物和環(huán)境因素對其的影響。在研究微生物的影響時將會把PLA試樣放入不同肥沃程度的土壤8-10組，選擇分解較快的1-2組，培養(yǎng)其中的微生物。將塑料試樣置于無有效碳的固體瓊脂培養(yǎng)基中，然后結(jié)合相關(guān)資料選擇并接種微生物，培養(yǎng)1周。然后將培養(yǎng)出的微生物接種至液體培養(yǎng)基培養(yǎng)。再過一周后，倒入原樣土壤中，將原樣土壤作為對照組察看微生物含量的增多是否使降解速度加快，并作記錄。在環(huán)境因素的影響研究中，結(jié)合實(shí)際情況，本課題將著重研究土壤酸堿度、碳源充足度及

7、土壤濕度的影響。運(yùn)用控制變量法，在同種土壤中加入不等量的水或化肥或堿液，并觀察現(xiàn)象。在微生物與環(huán)境因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取降解效果優(yōu)異的厭氧類微生物與環(huán)境因素進(jìn)行多影響因素的實(shí)驗(yàn)，觀察現(xiàn)象，是否使降解速度進(jìn)一步加快，并匯制成表格。同時，由于全降解塑料PLA是填充型淀粉塑料，因而可以在有條件、設(shè)備的前提下進(jìn)行灼燒分解這種高效的手段，又因?yàn)楣?jié)能的目標(biāo)，本研究將采用透鏡聚光利用太陽能來灼燒降解PLA。3、 實(shí)驗(yàn)材料與方法3.1實(shí)驗(yàn)材料 大試管、酒精燈、鑷子、膠頭滴管、試管、酒精燈、透鏡、玻璃箱、電子分析天平、集氣瓶、水槽、試管夾、涂布棒、平板、小滴管、標(biāo)簽、牛肉膏蛋白胨、土壤、高錳酸鉀、切成1cm2的

8、全降解塑料薄片等3.2 實(shí)驗(yàn)步驟3.2.1 微生物實(shí)驗(yàn)3.2.1.1 微生物種類的影響a. 選取8-10個不同地點(diǎn)采集的土壤各300g備用，50g裝入集氣瓶中。b. 將1cm2的PLA薄片半埋入8-10組土壤中，以便觀察。c. 選取其中分解的最快的兩組，進(jìn)行土壤微生物的培養(yǎng)與檢測。d. 離心土樣，取清液100微升進(jìn)行五級梯度稀釋，取0.1ml稀釋液，均勻涂抹在牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基上。e. 將檢測后的微生物名稱與數(shù)量記錄。3.2.1.2 微生物數(shù)量的影響1 將培養(yǎng)后的土壤微生物接種至液體培養(yǎng)基再次培養(yǎng)2 取樣，檢測液體培養(yǎng)基中微生物的數(shù)量3 向原土壤中倒入等量各液體培養(yǎng)基，并觀察4 將原土壤作為對

9、照組，記錄現(xiàn)降解時間 圖3.1 牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基 圖3.2 檢測土壤中微生物的含量 3.2.2 環(huán)境因素實(shí)驗(yàn)3.2.2.1 濕度的影響a. 選取土壤300g備用，等量地裝入6個集氣瓶中b. 將1cm2的PLA薄片半埋入6組土壤中，以便觀察。c. 分別加入2ml、5ml、10ml、20ml、30ml、50ml的水。d. 記錄分解最快的一組所加水量。3.2.2.2 pH 值的影響a. 選取土壤300g 備用，等量地裝入六個集氣瓶中。b. 將1cm2的PLA薄片半埋入6組土壤中，以便觀察。c. 分別使土壤呈pH=5、7、8、10、12、13d. 記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)3.2.2.3 碳源的影響a. 選取土壤300g 備用，等量地裝入六個集氣瓶中。b. 將1cm2的PLA薄片半埋入6組土壤中，以便觀察。c. 分別加入不同碳源并觀察記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。3.2.3 灼燒分解a. 利用透鏡搭建太陽光聚集器b. 將塑料置于玻璃箱內(nèi)，使陽光匯聚于箱內(nèi)c. 等待灼燒d. 收集逸出氣體4、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 通過實(shí)驗(yàn)，我們可以得知真菌、霉菌和放線菌降解較快，且降解速率與微生物濃度、碳源成正比。降解速率與濕度、土壤的堿性有一