陈泽田 对影响可降解塑料袋降解的因素及对分解产物可回收利用的探究

1、 对于聚乳酸全生物降解塑料(PLA类)降解方法的优化与探究陈泽田 建平中学 上海摘要: 90 年代以来, 可降解塑料生产技术有了较大进展, 开发出光生物降解塑料、完全生物降解塑料等品种。但可降解塑料所面临的问题还有降解速率和成本的问题以及降解时排放二氧化碳及甲烷造成环境污染的问题。这些问题让可降解塑料叫好却不叫座，难以大规模投入使用，也间接导致白色污染的治理裹足不前。因此，本课题将着重对于聚乳酸全降解塑料（PLA类可降解塑料）的降解方法进行优化与探究，试图寻找一种高效、低能耗、低成本的降解方法。本课题的降解方法将有望应用于工业处理可降解塑料，从而对我国的环境事业做出一份贡献。关键词：PLA全降

2、解塑料 降解方法的优化 低成本 快速 太阳能一、项目研究背景 1.1 可降解塑料的分类可降解塑料是指在生产过程中加入一定量的添加剂（如淀粉、改性淀粉或其它纤维素、光敏剂、生物降解剂等），稳定性下降，较容易在自然环境中降解的塑料。它们主要分为四大类光降解塑料，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称全降解塑料，是本课题的主要研究对象。而其余几种对于环境仍有污染，称半降解塑料。生物降解塑料主要是填充型淀粉塑料。1973年，Griffin首次获得淀粉表面改性填充塑料的专利。到80年代，一些国家以Griffin的专利为背景，开发出淀粉填充型生物降解塑料。填充型

3、淀粉塑料又称生物破坏性塑料，其制造工艺是在通用塑料中加入一定量的淀粉和其他少量添加剂，然后加工成型，淀粉含量不超过30%。填充型淀粉塑料技术成熟，生产工艺简单，且对现有加工设备稍加改进即可生产，因此目前国内可降解淀粉塑料产品大多为此类型。1.2 可降解塑料降解方法的现阶段研究 目前对于聚乳酸全降解塑料的降解机理与可降解塑料降解性测试方案研究较多，而对于其降解方法的研究较少。现有研究主要是一些综述类的文献中一笔带过，根据资料来看，仅有李宗军、温琼英 、王燕的生物降解塑料的降解性试验对于生物降解塑料的降解性进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线菌,塑料厚度与降解性呈负相关 。综上所

4、述，现阶段国内对于可降解塑料的降解方法的研究仍处于起步阶段，本课题的研究方向是较为新颖并具有研究的意义。1.3 全降解塑料降解方法优化的重要性塑料所造成的“白色污染”对于环境的影响是极其恶劣的。普通塑料降解只能靠环境自身的净化能力来降解，往往需要几百年而且还会污染土地资源。如果火焚塑料则会产生大量有毒气体，对于人类的健康有着极大的损害。可降解塑料的出现无疑是一个划时代的产品，它是塑料的环境友好型替代品。无论从性能还是降解性来说，可降解塑料都十分出色。但作为一个新产品，它仍存在一些问题比如成本、降解效率和产物等都导致它不能大规模使用，这对于地球的环境而言是一个极大的损失。 据统计，中国每天使用普

5、通塑料在750吨左右 数据来自中国塑协塑料再生利用专业委员会，这意味着可降解塑料大规模使用的推迟将使环境发生不可逆转的恶劣变化。所以，尽早解决可降解塑料的降解问题、成本问题和产物问题是十分重要且必要的。因而，优化可降解塑料的降解方案是具有实际意义且对环境有利好的一个研究课题。 图1.1 全降解塑料母粒1.4 主要研究目标 探究聚乳酸全降解塑料PLA的分解因素如温度、pH值、土壤中微生物含量及种类、氧气含量、营养物质等对于可降解塑料的分解速度的影响，并根据结果将多种影响因素进行叠加影响实验。通过实验，本课题将总结归纳适合于多种类型的垃圾处理场有关于可降解塑料高效、节能的降解方案。二、研究方案设计

6、全降解塑料PLA的降解因素主要分为三大类：合成塑料的分子大小与结构、微生物数量与种类和环境因素（包括温度、pH值、湿度与营养物质的丰富程度）。本课题主要研究微生物和环境因素对其的影响。在研究微生物的影响时将会把PLA试样放入不同肥沃程度的土壤8-10组，选择分解较快的1-2组，培养其中的微生物。将塑料试样置于无有效碳的固体琼脂培养基中，然后结合相关资料选择并接种微生物，培养1周。然后将培养出的微生物接种至液体培养基培养。再过一周后，倒入原样土壤中，将原样土壤作为对照组察看微生物含量的增多是否使降解速度加快，并作记录。在环境因素的影响研究中，结合实际情况，本课题将着重研究土壤酸碱度、碳源充足度及

7、土壤湿度的影响。运用控制变量法，在同种土壤中加入不等量的水或化肥或碱液，并观察现象。在微生物与环境因素实验的基础上，选取降解效果优异的厌氧类微生物与环境因素进行多影响因素的实验，观察现象，是否使降解速度进一步加快，并汇制成表格。同时，由于全降解塑料PLA是填充型淀粉塑料，因而可以在有条件、设备的前提下进行灼烧分解这种高效的手段，又因为节能的目标，本研究将采用透镜聚光利用太阳能来灼烧降解PLA。3、 实验材料与方法3.1实验材料 大试管、酒精灯、镊子、胶头滴管、试管、酒精灯、透镜、玻璃箱、电子分析天平、集气瓶、水槽、试管夹、涂布棒、平板、小滴管、标签、牛肉膏蛋白胨、土壤、高锰酸钾、切成1cm2的

8、全降解塑料薄片等3.2 实验步骤3.2.1 微生物实验3.2.1.1 微生物种类的影响a. 选取8-10个不同地点采集的土壤各300g备用，50g装入集气瓶中。b. 将1cm2的PLA薄片半埋入8-10组土壤中，以便观察。c. 选取其中分解的最快的两组，进行土壤微生物的培养与检测。d. 离心土样，取清液100微升进行五级梯度稀释，取0.1ml稀释液，均匀涂抹在牛肉膏蛋白胨培养基上。e. 将检测后的微生物名称与数量记录。3.2.1.2 微生物数量的影响1 将培养后的土壤微生物接种至液体培养基再次培养2 取样，检测液体培养基中微生物的数量3 向原土壤中倒入等量各液体培养基，并观察4 将原土壤作为对

9、照组，记录现降解时间 图3.1 牛肉膏蛋白胨培养基 图3.2 检测土壤中微生物的含量 3.2.2 环境因素实验3.2.2.1 湿度的影响a. 选取土壤300g备用，等量地装入6个集气瓶中b. 将1cm2的PLA薄片半埋入6组土壤中，以便观察。c. 分别加入2ml、5ml、10ml、20ml、30ml、50ml的水。d. 记录分解最快的一组所加水量。3.2.2.2 pH 值的影响a. 选取土壤300g 备用，等量地装入六个集气瓶中。b. 将1cm2的PLA薄片半埋入6组土壤中，以便观察。c. 分别使土壤呈pH=5、7、8、10、12、13d. 记录实验数据3.2.2.3 碳源的影响a. 选取土壤300g 备用，等量地装入六个集气瓶中。b. 将1cm2的PLA薄片半埋入6组土壤中，以便观察。c. 分别加入不同碳源并观察记录实验数据。3.2.3 灼烧分解a. 利用透镜搭建太阳光聚集器b. 将塑料置于玻璃箱内，使阳光汇聚于箱内c. 等待灼烧d. 收集逸出气体4、 实验结果与讨论4.1 实验结果 通过实验，我们可以得知真菌、霉菌和放线菌降解较快，且降解速率与微生物浓度、碳源成正比。降解速率与湿度、土壤的碱性有一