Nghiên cứu khả năng tự phân hủy của polyme phế thải trong sự có mặt của một số kim loại chuyển tiếp (fe, mn, co)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM THỊ THU TRANG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TỰ PHÂN HỦY CỦA POLYME PHẾ THẢI TRONG SỰ CÓ MẶT CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP (Fe, Mn, Co) LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Hà Nội: 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM THỊ THU TRANG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TỰ PHÂN HỦY CỦA POLYME PHẾ THẢI TRONG SỰ CÓ MẶT CỦA MỘT SỐ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP (Fe, Mn, Co) LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC Chuyên ngành: Mã số: Hóa Hữu 60440114 Ngƣời hƣớng dẫn : TS Nguyễn Thanh Tùng Hà Nội: 2016 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, đề tài hoàn thành Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thanh Tùng - Phòng vật liệu Polyme, Viện Hoá học – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam giao đề tài tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ thời gian vừa qua Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy cô khoa Hoá học – Trƣờng ĐHKHTN- ĐHQG Hà Nội, anh chị công tác phòng vật liệu Polyme – Viện Hoá học, bạn bè, ngƣời thân giúp đỡ, động viên tạo điều kiện để hoàn thành luận văn Hà Nội, 12 tháng 12 năm 2015 Phạm Thị Thu Trang MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .2 DANH MỤC CÁC BẢNG MỞ ĐẦU .4 CHƢƠNG TỔNG QUAN .6 1.1 Vấn đề nhựa phế thải môi trƣờng 1.2 Một số biện pháp quản lý nhựa phế thải 10 1.2.1 Ngăn ngừa tái sử dụng nhựa phế thải 10 1.2.2 Tái chế .12 1.2.3 Thiêu đốt chôn lấp 14 1.3 Xử lý nhựa phế thải công nghệ oxo - biodegradation .18 1.3.1 Phụ gia xúc tiến oxi hóa trình phân hủy màng PE chứa phụ gia 22 1.3.2 Quá trình oxi hóa quang nhiệt 23 1.3.3 Quá trình phân hủy sinh học PE sau phân hủy giảm cấp 28 1.4 Ứng dụng việc tái chế nhựa phế thải thành sản phẩm tự phân hủy 34 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM .37 2.1 Hóa chất thiết bị 37 2.1.1 Hóa chất 37 2.1.2 Thiết bị 37 2.2 Các phƣơng pháp tạo mẫu 37 2.2.1 Phƣơng pháp tạo mẫu dạng 37 2.2.2 Phƣơng pháp tạo mẫu dạng màng 38 2.3 Các phƣơng pháp phân tích đánh giá 38 2.3.1 Xác định tính chất lý 38 2.3.2 Phổ hồng ngoại (FTIR) 39 2.3.3 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) .39 2.3.4 Xác định số Cacbonyl (CI) 39 2.3.5 Nghiên cứu trình phân hủy oxi hóa quang nhiệt ẩm 39 2.3.6 Nghiên cứu trình phân hủy môi trƣờng tự nhiên 40 2.4 Nội dung nghiên cứu 40 2.4.1 Nghiên cứu chế tạo màng polime tự hủy sở nhựa PE phế thải phụ gia xúc tiến oxi hóa 40 2.4.2 Nghiên cứu trình phân hủy màng polime tự phân hủy môi trƣờng 41 2.4.3 Ứng dụng bầu ƣơm tự hủy cho số loài 42 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43 3.1 Nghiên cứu chế tạo màng polime tự hủy sở nhựa PE phế thải phụ gia xúc tiến oxi hóa 43 3.1.1 Nghiên cứu lựa chọn thành phần nhựa .43 3.1.2 Nghiên cứu lựa chọn hàm lƣợng tinh bột .44 3.1.3 Nghiên cứu lựa chọn phụ gia xúc tiến oxi hóa 46 3.1.4 Nghiên cứu lựa chọn hàm lƣợng phụ gia xúc tiến oxi hóa .50 3.1.5 Ảnh hƣởng tỷ lệ tổ hợp phụ gia coban stearat/ sắt stearat đến tính chất vật liệu .54 3.2 Nghiên cứu trình phân hủy môi trƣờng mẫu vật liệu 57 3.2.1 Nghiên cứu trình lão hóa tự nhiên 57 3.2.2 Nghiên cứu khả phân hủy sinh học vật liệu .60 3.3 Ứng dụng bầu ƣơm tự hủy cho số loài 62 3.3.1 Giai đoạn ƣơm 63 3.3.2 Giai đoạn trồng thực tế 65 KẾT LUẬN .69 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt CI CS CSMA DDT EAC ELV EPA EU FTIR HDPE KLPT LDPE LLDPE PLA PHSH POPs PP PS PTN PUR PVA PVC rPE SEM TB UV WEEE Giải thích Chỉ số cacbonyl Coban stearat Copolyme coban maleat – styren Thuốc trừ sâu Cộng đồng Đông Phi Chất thải từ phƣơng tiện vận tải hết hạn sử dụng Cục Bảo vệ môi trƣờng Hoa Kỳ Liên minh Châu Âu Phổ hồng ngoại Polietilen tỷ trọng cao Khối lƣợng phân tử Polietilen tỷ trọng thấp Polietilen tỷ trọng thấp mạch thẳng Poli(lactic axit) Phân hủy sinh học Chất hữu bền gây ô nhiễm Polipropylen Polistyren Phòng thí nghiệm Poliurethane Polivinyl ancol Polivinylclorua Polietilen phế thải Kính hiển vi điện tử quét Tinh bột Ultraviolet Nhựa phế thải từ thiết bị điện, điện tử DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sản lƣợng chất dẻo toàn giới từ 1978 đến 2050 (triệu tấn) Hình 1.2 Phân bố sản lƣợng nhựa toàn giới Hình 1.3 Biểu đồ phân loại chất dẻo Hình 1.4 Nhu cầu sử dụng nhựa theo lĩnh vực khối EU-27, Na Uy Thuỵ Sĩ năm 2008 [8] .10 Hình 1.5 Các biện pháp xử lý nhựa phế thải Châu Âu giai đoạn 2006-2010 16 Hình 1.6 Cơ chế phân huỷ quang hoá PE 20 Hình 1.7 Phân huỷ oxi hoá theo chế Norrish 21 Hình 1.8 Quá trình phân hủy PE xúc tác kim loại chuyển tiếp [26] 24 Hình 1.9 Cơ chế phân hủy sinh học PE sau phân hủy oxi hóa [26] 30 Hình 2.1 Mẫu vật liệu đo tính chất lý 38 Hình 3.1 Ảnh SEM hình thái học bề mặt tổ hợp nhựa 44 Hình 3.2 Ảnh SEM mẫu nhựa chứa tinh bột 46 Hình 3.3 Ảnh hƣởng loại phụ gia xúc tiến đến độ dãn dài đứt mẫu vật liệu .47 Hình 3.4 Ảnh hƣởng phụ gia xúc tiến đến số cacbonyl mẫu vật liệu 48 Hình 3.5 Phổ IR mẫu PE-Fe ban đầu 49 Hình 3.6 Phổ IR mẫu PE-Fe sau 288 oxi hóa quang nhiệt ẩm 49 Hình 3.7 Ảnh hƣởng thời gian thử nghiệm mẫu đến độ dãn dài đứt mẫu vật liệu .51 Hình 3.8 Ảnh hƣởng thời gian oxi hóa quang đến số CI mẫu .52 Hình 3.9 Ảnh SEM mẫu vật liệu sau 288 oxi hóa quang nhiệt ẩm 53 Hình 3.10 Ảnh hƣởng tỷ lệ phụ gia xúc tiến oxi hóa đến độ dãn dài đứt vật liệu .55 Hình 3.11 Ảnh SEM mẫu vâ ̣t liê ̣u ban đầu sau 288 oxi hóa quang nhiệt ẩm .56 Hình 3.12 Độ dãn dài đứt mẫu vật liệu 58 Hình 3.13 Chỉ số cacbonyl mẫu màng 59 Hình 3.14 Ảnh SEM mẫu CT1, CT2 ban đầu sau tháng thử nghiệm 60 Hình 3.15 Ảnh SEM mẫu sau tháng ngâm nƣớc 61 Hình 3.16 Ảnh SEM mẫu sau tháng chôn đất 62 Hình 3.17 Mảnh bầu ƣơm thu gom sau tháng trồng thực tế .67 Hình 3.18 Mảnh bầu ƣơm thu gom sau tháng trồng thực tế .68 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Tỷ lệ xử lý nhựa phế thải sau sử dụng theo lĩnh vực 27 nƣớc EU, Na Uy Thụy Sỹ năm 2008 [5] 17 Bảng 1.2 Tổng quan nghiên cứu trình phân hủy sinh học chủng vi khuẩn xác định tập đoàn vi khuẩn phức tạp 31 Bảng 3.1 Tính chất lý tổ hợp nhựa 43 Bảng 3.2 Tính chất lý tổ hợp nhựa chứa tinh bột 45 Bảng 3.3 Ảnh hƣởng phụ gia đến độ bền kéo mẫu vật liệu 47 Bảng 3.4 Ảnh hƣởng hàm lƣợng phụ gia đến độ bền kéo đứt mẫu .50 Bảng 3.5 Ảnh hƣởng tỷ lệ Co(II) stearat/Fe(III) stearat đến độ bền kéo đứt vật liệu .54 Bảng 3.6 Độ bền kéo đứt mẫu màng (MPa) .57 Bảng 3.7 Tổn thất khối lƣợng mẫu ngâm nƣớc (%) 60 Bảng 3.8 Tổn thất khối lƣợng mẫu chôn đất (%) 61 Bảng 3.9 Tốc độ sinh trƣởng chiều cao thông 63 Bảng 3.10 Tốc độ sinh trƣởng chiều cao bạch đàn 63 Bảng 3.11 Tốc độ sinh trƣởng chiều cao keo .64 Bảng 3.12 Quá trình phân hủy bầu ƣơm 64 Bảng 3.13 Tỉ lệ sống thông 65 Bảng 3.14 Tỉ lệ sống keo 65 Bảng 3.15 Tỉ lệ sống bạch đàn 66 Bảng 3.16 Sự phát triển loại sau 30 ngày 66 Bảng 3.17 Sự phát triển loại sau 90 ngày 67 Bảng 3.18 Diễn biến trình phân hủy sinh học bầu ƣơm .68 MỞ ĐẦU Nhựa tổng hợp trở thành loại vật liệu quan trọng từ năm 40 kỷ trƣớc sau vật liệu nhựa dần thay vật liệu truyền thống nhiều ứng dụng nhƣ thủy tinh, gỗ, vật liệu xây dựng thay kim loại ứng dụng môi trƣờng, thƣơng mại, công nghiệp dân dụng Các ứng dụng nhựa đời sống không ngừng lan rộng tính ƣu việt chúng nhƣ bền, nhẹ, chịu nƣớc ổn định môi trƣờng Nhựa tổng hợp nói chung poliolefin nói riêng vật liệu khó phân hủy môi trƣờng Các phụ gia ổn định cho polyme trình gia công sử dụng làm giảm mạnh tốc độ trình phân hủy Ngoài ra, mức độ phân nhánh cao mắt xích mạch ngăn cản trình phân hủy vi sinh vật Một yếu tố khiến trình phân hủy sinh học chậm trễ chất dẻo hạn chế khả hòa tan nƣớc Kích thƣớc đại phân tử polyme lớn, nên vi sinh vật chuyển trực tiếp vào tế bào Ngày nay, môi trƣờng phải chịu nhiều áp lực rác thải rắn không phân hủy, loại bao bì sản xuất từ nhựa (PE, PP ) chiếm tỷ trọng đáng kể Trong điều kiện tự nhiên, loại nhựa không phân hủy phân hủy chậm, thời gian phân hủy diễn hàng trăm năm Mặt khác, vai trò vật liệu đời sống sản xuất sinh hoạt lớn, khó thay Do vậy, để hạn chế tác động nhựa phế thải đến môi trƣờng có số biện pháp đƣợc đƣa nhƣ thay phầnbằng nguồn nguyên liệu có khả tái tạo, tái sử dụng đƣa thêm số phụ gia vào công thức chế tạo với vai trò xúc tiến trình phân hủy Hơn nữa, sản phẩm từ nhựa phế thải phụ gia có nhiều ứng dụng nông, lâm nghiệp nhƣ làm màng phủ bồi, màng phủ nhà lƣới, bầu ƣơm Với mong muốn góp phần giải xúc thực tế đặt ra, định chọn nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu khả tự phân hủy polyme phế thải có mặt số kim loại chuyển tiếp (Fe, Mn, Co)” * Nhiệm vụ cụ thể luận văn đặt ra: - Nghiên cứu chế tạo màng polime tự hủy sở nhựa PE phế thải phụ gia xúc tiến oxi hóa - Nghiên cứu trình phân hủy màng polime tự hủy môi trƣờng - Ứng dụng bầu ƣơm tự hủy cho số loài mảnh nhỏ Khi ngâm nƣớc mảnh nhỏ bị thủy phân dẫn đến làm giảm khối lƣợng mẫu Kết khối lƣợng mẫu đất đƣợc trình bày bảng 3.8 Bảng 3.8 Tổn thất khối lƣợng mẫu chôn đất (%) Thời gian tháng tháng tháng tháng tháng tháng CT1 9,5 15,6 21,2 24,1 28,7 33,4 CT2 9,7 15,9 21,4 24,4 29,1 34,1 Kết cho thấy, tổn thất khối lƣợng mẫu CT1 CT2 qua tháng tăng dần Khi chôn đất tổn thất khối lƣợng ác mẫu cao so với ngâm nƣớc vi sinh vật đất độ ẩm đất làm cho trình phân hủy nhanh mẫu bị phân hủy hoàn toàn nhƣng bị phân hủy thành mảnh nhỏ lẫn đất thu hồi đƣợc 3.2.2.2 Hình thái học bề mặt Ảnh SEM mẫu màng sau tháng ngâm nƣớc chôn đất nƣớc thể hình 3.15 3.15 CT1( sau tháng) CT2 (sau tháng) Hình 3.15 Ảnh SEM mẫu sau tháng ngâm nƣớc Ở hai mẫu thấy bề mặt mẫu tổ hợp bị bào mòn dần, cấu trúc bề mặt có biến đổi mạnh, có phân hủy bề mặt mẫu rõ nét Mẫu CT2 có có mức độ bị bào mòn nhiều mẫu CT1, chứng tỏ trình phân hủy mẫu CT2 diễn nhanh 61 CT2 (sau tháng) CT1 (sau tháng) Hình 3.16 Ảnh SEM mẫu sau tháng chôn đất Trong môi trƣờng đất hai mẫu có thay đổi bề mặt rõ rệt Sau trình phân hủy giảm cấp, mạch polyme bị cắt nhỏ (tạo thành oligome), hình thành nhóm chức phân cực Từ polyme kị nƣớc xuất nhóm chức ƣa nƣớc tạo điều kiện cho vi sinh vật dễ dàng tiếp cận để phân hủy mạch oligome thành CO2 H2O 3.3 Ứng dụng bầu ƣơm tự hủy cho số loài Tiến hành ƣơm giống ba loài thông, keo, bạch đàn, sử dụng bầu ƣơm đối chứng loại thông dụng thị trƣờng (kích thƣớc 13 × 15 cm, dày 35-40 µm, khối lƣợng trung bình 2,58g/bầu bầu ƣơm tự hủy có kích thƣớc 13 × 15 cm, dày 35-40 µm, khối lƣợng trung bình 2,40g/bầu.Phân tích, đánh giá trình sinh trƣởng, phát triển trình phân hủy bầu ƣơm thời gian tháng Sau tiến hành trồng thực tế sau 3,5 tháng ƣơm giống ƣơm bầu tự hủy đƣợc trồng trực tiếp không bóc vỏ bầu ƣơm bầu đối chứng đƣợc bóc vỏ bầu trƣớc trồng Phân tích đánh giá trình phát triển (tỷ lệ sống, phát triển chiều cao, đƣờng kính thân) trình phân hủy bầu ƣơm 62 3.3.1 Giai đoạn ươm 3.3.1.1 Tốc độ sinh trưởng chiều cao Tốc độ sinh trƣởng chiều cao loài đƣợc trình bày bảng 3.9 đến 3.11 Bảng 3.9 Tốc độ sinh trƣởng chiều cao thông STT 10 11 12 13 Thời gian (tháng) 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 Chiều cao (cm) Bầu ƣơm tự hủy ĐC 2,68 2,68 3,53 3,15 3,58 3,43 5,21 5,06 6,06 5,92 10,44 10,35 13,10 12,15 16,40 15,78 19,34 18,36 21,07 20,93 23,18 22,76 26,42 26,05 30,03 29,98 Bảng 3.10 Tốc độ sinh trƣởng chiều cao bạch đàn STT 10 Thời gian (tháng) 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 Chiều cao (cm) Bầu ƣơm tự hủy ĐC 5,58 3,58 4,04 3,84 5,26 5,23 9,27 9,05 15,26 15,01 35,74 33,55 39,86 37,56 49,08 48,45 55,20 53,52 59,33 59,06 63 11 12 13 5,5 63,32 68,45 72,03 62,88 68,09 71,75 Bảng 3.11 Tốc độ sinh trƣởng chiều cao keo Thời gian (tháng) 0,5 10 11 12 13 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 STT Chiều cao (cm) Bầu ƣơm tự hủy ĐC 1,22 1,22 1,45 1,34 1,68 2,65 3,32 4,95 5,62 5,84 6,08 7,83 9,04 11,16 14,35 1,57 2,46 3,68 4,67 5,59 5,86 6,02 7,76 9,12 11,08 14,07 Kết cho thấy ƣơm vỏ bầu ĐC ƣơm vỏ bầu tự huỷ sai khác nhiều tốc độ sinh trƣởng chiều cao Nghĩa sinh trƣởng chiều cao ƣơm không phụ thuộc vào loại vỏ bầu mà phụ thuộc vào thành phần ruột bầu kích thƣớc vỏ bầu 3.3.1.2 Quá trình phân hủy bầu ươm Quá trình phân hủy bầu ƣơm đƣợc thể thông qua độ bền kéo đứt độ dãn dài đứt Kết đƣợc tổng hợp bảng 3.12 Bảng 3.12 Quá trình phân hủy bầu ƣơm Thời gian (tháng) Độ bền kéo đứt (MPa) Bầu tự hủy Bầu ĐC 20,51 20,89 18,15 20,56 16,31 20,18 64 Độ dãn dài đứt (%) Bầu tự hủy Bầu ĐC 680,25 689,33 615,24 680,47 522,06 623,12 14,71 12,09 10,19 7,23 20.02 19,53 19,07 18,05 478,57 365,08 240,66 100,17 600,22 570,46 530,48 500,62 Kết cho thấy có chênh lệch đáng kể độ bền kéo đứt độ dãn dài đứt mẫu bầu tự hủy mẫu bầu ĐC Sau tháng ƣơm cây, mức độ suy giảm tính chất lý bầu tự hủy nhanh so với bầu ĐC Độ bền kéo đứt độ giãn dài đứt bầu tự hủy giảm 71,72% 70,35% giá trị ban đầu tính chất bầu ĐC giảm không đáng kể, trì mức 95,8% 87% giá trị ban đầu Sau tháng độ bền kéo đứt độ giãn dài đứt bầu tự hủy giảm 35,25% 14,72%, bầu ĐC giảm 86,4% 72,62% Một tỷ lệ đáng kể bầu tự hủy có dấu hiệu bị bục, không đảm bảo yêu cầu để tiếp tục ƣơm vận chuyển xa Vì vậy, bầu ƣơm tự hủy yêu cầu lƣu vƣờn ƣơm thời gian dài sau tháng cần thay vỏ bầu 3.3.2 Giai đoạn trồng thực tế 3.3.2.1 Tỷ lệ sống Tỷ lệ sống đƣợc đánh giá thông qua việc kiểm tra số sống sau 30 ngày 90 ngày mang trồng Kết đƣợc trình bày bảng 3.13 đến 3.15 Bảng 3.13 Tỉ lệ sống thông STT Loại bầu Tỉ lệ sống sau 30 ngày (%) Bầu tự hủy 97 Bầu ĐC 83 Tỉ lệ sống sau 90 ngày (%) 98 85 Bảng 3.14 Tỉ lệ sống keo STT Loại bầu Tỉ lệ sống sau 30 ngày (%) Tỉ lệ sống sau 90 ngày (%) Bầu tự hủy Bầu ĐC 96 82 99 88 65 Bảng 3.15 Tỉ lệ sống bạch đàn STT Loại bầu Bầu tự hủy Bầu ĐC Tỉ lệ sống sau 30 ngày (%) 98 84 Tỉ lệ sống sau 90 ngày (%) 99 87 Kết cho thấy sau 30 ngày, số sống đạt 97% thông, 96% keo, 98% bạch đàn sử dụng bầu ƣơm tự hủy 83% thông, 82% keo, 84% bạch đàn sử dụng bầu ƣơm ĐC Tiếp tục trồng dặm vào chỗ bị chết Sau 90 ngày kiểm tra lại kết cho thấy tỉ lệ sống thông đạt 99%, bạch đàn đạt 98%, keo đạt 99% sử dụng bầu ƣơm tự hủy 85% thông, 88% keo, 87% bạch đàn sử dụng bầu ƣơm ĐC Nhƣ từ kết có thấy hiệu tỷ lệ sống bầu ƣơm tự hủy cao nhiều so với bầu thông thƣờng Điều hoàn toàn hợp lý trình đƣa giống trồng thực tế, bầu ƣơm thông thƣờng phải dùng dao, kéo để bóc bỏ lớp vỏ bầu trƣớc đƣa xuống đất, dễ làm vỡ bầu ƣơm, làm ảnh hƣởng lớn tới rễ con, làm giảm tỷ lệ sống Trong đó, bầu ƣơm tự hủy công đoạn bóc vỏ bầu, vừa đỡ chi phí công trồng mà tỷ lệ sống giống cao nhiều 3.3.2.2 Sự phát triển Sự phát triển đƣợc thể thông qua chiều cao đƣờng kính thân loài sau 30 ngày 90 ngày trồng thực tế bầu tự hủy bầu thông thƣờng (ĐC) đƣợc trình bày bảng 3.16 3.17 Bảng 3.16 Sự phát triển loại sau 30 ngày STT Loại bầu Chiều cao (cm) Đƣờng kính thân (cm) Thông Keo Bạch đàn Thông Keo Bạch đàn Bầu tự hủy 49,6 38,9 74,3 1,63 0,55 1,94 Bầu ĐC 39,5 35,2 66,4 1,42 0,45 1,56 Sự phát triển loài sau 30 ngày trồng bầu tự hủy lớn so với bầu ĐC Tốc độ tăng chiều cao loài thông, keo, bạch đàn 66 bầu tự hủy cao so với bầu ĐC lần lƣợt 20,4%; 9,5% 10,63% Tốc độ tăng trƣởng đƣờng kính thân loài bầu tự hủy cao so với bầu ĐC lần lƣợt 12,9%; 18,2% 19,6% Bảng 3.17 Sự phát triển loại sau 90 ngày STT Loại bầu Chiều cao (cm) Đƣờng kính thân (cm) Thông Keo Bạch đàn Thông Keo Bạch đàn Bầu tự hủy 94,2 68,3 82,7 2,2 0,75 3,5 Bầu ĐC 70,7 49,5 64,1 1,75 0,68 2,7 Sự phát triển loài sau 30 ngày trồng bầu tự hủy lớn so với bầu ĐC Tốc độ tăng chiều cao loài thông, keo, bạch đàn bầu tự hủy cao so với bầu ĐC lần lƣợt 24,9%; 27,5% 22,5% Tốc độ tăng trƣởng đƣờng kính thân loài bầu tự hủy cao so với bầu ĐC lần lƣợt 20,5%; 9,3% 22,9% Nhƣ kết phát triển sử dụng bầu ƣơm tự hủy cho kết tốt sử dụng bầu thông thƣờng Điều sử dụng bầu ƣơm tự hủy, bầu có tác dụng giữ nhiệt độ ẩm cho đất nên phát triển tốt so với trồng đƣợc lấy từ bầu thông thƣờng 3.3.2.3 Quá trình phân hủy bầu ươm Một số hình ảnh phân mảnh phân hủy vỏ bầu đất đƣợc trình bày hình 3.17 3.18 Hình 3.17 Mảnh bầu ƣơm thu gom sau tháng trồng thực tế 67 Hình 3.18 Mảnh bầu ƣơm thu gom sau tháng trồng thực tế Tổn thất khối lƣợng bầu ƣơm sau trồng đất đƣợc tổng hợp bảng 3.20 Bảng 3.18 Diễn biến trình phân hủy sinh học bầu ƣơm STT Thời gian (tháng) Mức độ phân hủy (%) - 19,6 31,3 Sau triển khai trồng thực tế tháng, bầu ƣơm tự hủy có phân hủy nhẹ sau tháng màng có dấu hiệu bục thành nhiều mảnh Đây giai đoạn bắt đầu đâm rễ, việc vỏ bầu bị bục tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển rễ Tiếp tục theo dõi thấy sau tháng mảnh vỏ bầu bị bục tiếp tục bị phân rã thành nhiều mảnh nhỏ khó thu gom đƣợc có dấu hiệu tan vào đất 68 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu, thu đƣợc số kết nhƣ sau: Chế tạo màng polime tự hủy sở nhựa PE phế thải phụ gia xúc tiến oxi hóa PEphế thải/LDPE 60/40, tinh bột 7%, hàm lƣợng phụ gia xúc tiến oxy hóa (Co(II) stearat/Fe(III) stearat = 3/1) 5-7% Bƣớc đầu đánh giá trình phân hủy môi trƣờng tự nhiên mẫu vật liệu Sau tháng bị phân hủy giảm cấp điều kiện lão hóa tự nhiên, mẫu tiếp tục bị phân hủy dƣới tác động trình thủy phân (trong nƣớc),tổn thất khối lƣợng mẫu là: 11,2% 11,4%, tác động đồng thời hai trình thủy phân phân hủy sinh học ẩm vi sinh vật (chôn đất), tổn thất khối lƣợng mẫu là: 33,4%, 34,1% Ứng dụng bầu ƣơm tự hủy cho số loài thông, keo, bạch đàn Quá trình sinh trƣởng, phát triển giống ƣơm bầu ƣơm tự hủy khác biệt so với bầu ƣơm thông thƣờng Trong giai đoạn trồng thực tế, tỷ lệ sống, trình phát triển ƣơm bầu ƣơm tự hủy (trồng trực tiếp không bóc vỏ bầu) cao so với trồng từ bầu ƣơm thông thƣờng (có bóc vỏ bầu) Sau tháng trồng đất, bầu ƣơm tự hủy bị phân hủy sinh học phần dƣới tác động tổng hợp điều kiện tự nhiên Trong trình thực công bố 02 báo khoa học tạp chí Khoa học Công nghệ, tạp chí Hóa học Việc chế tạo thành công bầu ƣơm tự hủy từ nhựa phế thải góp phần giảm chi phí lao động xé vỏ bầu trƣớc trồng giảm ô nhiễm môi trƣờng lớn, đem lại hiệu kinh tế, đồng thời thúc đẩy phát triển ngành công nghệ vật liệu nói chung gia công chế biến chất dẻo nói riêng 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Trần Quang Ninh (2011), Tổng luận: Chất thải nhựa, túi ni lông công nghệ xử lý, Trung tâm thông tin KH&CN quốc gia Tiếng Anh [2] A Y Hugar et al (2010), “Influence of polyethylene munching on soil moisture, nutrient uptake and seed cotton yield”,Indian J Agric Res., 44 (3), pp.189 – 194 [3] Aguado J et al (2007), “European trends in the feedstock recycling of plastic waste”, Global NEST Journal, Vol 9(1), 12-19 [4] Albersson A C., Barenstedt C., Karlsson S., Lindberg T (1995), "Degradation product pattern and morphology changes as mean to differentiate abiotically and biotically aged degradable polyethylene", Polymer, 36, pp 3075-3083 [5] Ammala A., Bateman S., Dean K., Petinakis E., Sangwan P., Wong S., Yuan Q., Yu L., Patrick C., Leong K H (2011), "An overview of degradable and biodegradation polyolefins", Prog Polym Sci., 36, pp 1015-1049 [6] BIO Intelligent Service (2011), European Commission (DG Environment) Plastic waste in the Environment - Final report [7] Bonhomme S., Cuer A., Delort A.-M., Lemaire J., Sancelme M and Scott C (2003), "Environmental biodegradation of polyethylene", Polymer Degradation and Stability, 81, pp.441-452 [8] Centre for Design at RMIT (2004), "The impacts of degradable plastic bags in Australia", Final report to Department of the Environment and Heritage, Melbourne, Autralia [9] Chiellini E (2004), "Which polymers are biodegradable?", CEEES Workshop, November 4, Brussels, Belgium 70 [10] Chiellini E., Corti A and Swift G (2003), "Biodegradation of thermallyoxidized, fragmented low-density polyethylenes", Polymer Degradation and Stability, 81(2), pp.341-351 [11] Cichy B., Kwiecień J., Piątkowska M., Kużdżal E., Gibas E., Rymarz G (2010),"Polyolefin oxo - degradation accelerator - a new trend to promote environmental protection", Polish Journal of Chemical Technology, 12(4), pp 44-52 [12] EAA - European Aluminium Association (2011), Aluminium used beverage can recycling results, Europe 2009 [13] European Parliament (2013), Workshop on Plastic Waste, Brussles [14] EI-Shafei H., EI-Nasser N H A., Kansoh A L and Ali A M (1998), "Biodegradation of disposable polyethylene by fungi Streptomyces species", Polymer Degradation and Stability, 62, pp.361-365 [15] European Commission (2013), Green Paper on a European Strategy on Plastic Waste in the Environment, Brussels [16] European Commission (2012), Environment: Commission urges Cyprus and Lithuania to comply with EU waste legislation Press release, Brussels [17] European Parliament - Committee on Environment, Public Health and Food Safety(2010), End of life vehicles: Legal aspects, national practices and recommendations for future successful approach, Brussels [18] Eyenga I I., Focke W W., Prinsloo L C., Tolmay A T (2002), "Photo degradation: a solution for the shopping bag "Visual Pollution" problem?", Macromol Symp., 178, pp 139-152 [19] Fontanella S., Bonhomme S., Koutny M., Husarova L., Brusson J -M., Courvavault J -P., Pitteri S., Samuel G., Pichon G., Lemaire J., Delort A M (2010), "Comparison of the biodegradability of various polyethylene films containing pro-oxidant additives", Polym Degrad Stab., 95, pp 1011-1021 71 [20] Hadad D., Geresh S., Sivan A (2005), "Biodegradation of polyethylene by the thermophilic bacterium Brevibacillus borstelensis", J Appl Microbiol., 98, pp 1093-1100 [21] Husarova L., Machovsky M., Gerych P., Houser J., Koutny M (2010), "Aerobic biodegradation of calcium carbonate filled polyethylene film containing pro-oxidant additives", Polym Degrad Stab., 95, pp 1794-1799 [22] Hyun Jeong Jeon, Mal Nam Kim (2014), "Degradation of linear low density polyethylene (LLDPE) exposed to UV- irradiation", Eur Polym J., 52, pp 146-153 [23] Jakubowicz I (2003), "Evaluation of degradability of biodegradable polyethylene (PE)", Polymer Degradation and Stability, 80, pp.39-43 [24] Jakubowicz I., Yarahmadi N., Petersen H (2006), "Evaluation of the rate of abiotic degradation of biodegradable polyethylene in various environments", Polym Degrad Stab., 91, pp 1556-1562 [25] Kawai F., Watanabe M., Shibata M., Yokoyama S., Sudate Y (2002), "Experiment analysis and numerical simulation for biodegradability of polyethylene", Polym Degrad Stab., 76, pp 129-135 [26] Koutny M., Sancelme M., Dabin C., Pichon N., Delort A -M., Lemaire J (2006), "Acquired biodegradability of polyethylenes containing pro-oxidant additives", Polym Degrad Stab., 91, pp 1495-1503 [27] Kruschitz Plastics and Recycling (2013) http://www.kruschitz-plastic.com/ [28] Majid Rashidi et al (2010), “Effect of plastic mulch and tillage method on yield and yield component to tomato”, ARPN Journal of Agricultural and Biological Sciene, 5(4) [29] Manzur A., Limon - Gonzalez M., Favela - Torres E (2003), "Biodegradation of physicochemically treated LDPE by a consortium of filamentous fungi", J Appl Polym Sci., 92, pp 265-271 72 [30] Marek Koutny, "Biodegradation Jacques of Lemaire, polyethylene Anne- films with Marie Delort prooxidant (2006), additives", Chemosphere, 64, pp 1243-1252 [31] Maryudi, Hisyam A., Yunus R M., Hossen Bag M D (2013), "Thermooxidative degradation of high density polyethylene containing manganese laurate", International Journal of Engineering Research and Application (IJERA), 3(2), pp 1156-1165 [32] Mateen – ul – Hassan Khan et al (2005), “Growth of yield Response of Tomato (Lycopersicon esculentum L) to Organic and Inorganic Mulches”, Asian Journal of Plant Science, 4(2), pp.128-131 [33] Mika Horttanainen et al (2007), “Recycling of Plastic Waste of Farms – Effects of High Oil Price and Changes in Waste Management”, Lappeenranta University of Technology [34] Noor Zalikha Mohamed Islam, Nadras othman* Zulkifli Ahmad and Hanafi Ismail, “Effect of Pro-Degradant Additive on Photo-Oxidative Aging of Polypropylene Film”, Sains Malaysiana, 40(7), pp 803-808 [35] Nuha A., Agus A., Abdul Razak R., Lee T S (2012), "Synthesis and characterization of metal stearates as thermo pro-oxidative additives", UMT 11th International Annual Symposium on Sustainability Science and Management, pp 944-949 [36] Ojeda T F M., Dalmolin E., Forte M M C., Jacques R J S., Bento F M., Camargo F A O (2009), "Abiotic and biotic degradation of oxobiodegradable polyethylenes", Polym Degrad Stab., 94, pp 765-970 [37] Orhan Y and Buyukgungor H (2000), "Enhancement of biodegradability of disposal polyethylene in controlled biological soil", International Biodeterioration & Biodegradation, 45, pp.49-55 [38] Orr I G., Hadar Y., Sivan A (2004), "Colonization, biofilm formation and biodegradation of polyethylene by a strain of Rhodococcus rubber", Appl Microbiol Biot., 65, pp 97-104 73 [39] Plastic Europe, EuPC, EuPR, EPRO (2012), Plastics - the Facts 2012, Brussels [40] Plastics Recyclers Europe (2013): Plastic recycling Brussels [41] Ratajska M and Boryniec S (1999), "Biodegradation of some natural polymers in blends with polyolefins", Polymers for Advanced Technologies, 10, pp.625-633 [42] Roy P K., Hakkarainen M., Varma I K And Albertsson A C., "Degradation polyethylene: Fantasy or Reality", Environ Sci Technol., Critical review (in press), 45(10), pp 4217-4227 [43] Roy P K., Surekha P., Rajagopal C., Chatterjee S N., Choudhary V (2006), "Accelerated aging of LDPE films containing cobalt complexes as prooxidant", Polym Degrad Stab., 91, pp 1791-1799 [44] Roy P K., Surekha P., Rajagopal C., Chatterjee S N., Choudhary V (2005), "Effect of benzil and cobalt stearate on the aging of low- density polyethylene films", Polym Degrad Stab., 90, pp 577-585 [45] Roy P K., Surekha P., Rajagopal C., Choudhary V (2006), "Effect of cobalt carboxylates on the photo- oxidative degradation of low- density polyethylene Part-I”, Polym Degrad Stab., 91, pp.1980-1988 [46] Roy P K., Surekha P., Raman R., Rajagopal C (2009), "Investigating the role of metal oxidation state on the degradation behaviour of LDPE", Polym Degrad Stab., 94, pp 1033-1039 [47] Shan-Shan Chung (2008), "Using plastic bag waste to assess the reliability of self-reported waste disposal data",Waste Management, 28(12), pp 25742584 [48] Verghese K., Lewis H., Fitzpatrick L., Mauro Hayes G-D., Hedditch B (2009), "Environmental impacts of shopping bags", The Sustainable Packaging Alliance Limited [49] Wang Y Z., Yang K K., Wang X L., Zhou Q., Zheng C Y and Chen Z F (2004), "Agricultural application and environmental degradation of photo- 74 biodegradable polyethylene mulching films", Journal of Polymers and the Environment, 12(1), pp 7-10 [50] William K R (1990), “Methods to Manage and Control Plastic Wastes”, Report to congress, United States Environmental Protection Agency Office of Solid Waste Office of Water [51] Yamada-Onodera K., Mukumoto H., Katsuyaya Y., Saiganji A and Tani Y (2001), "Degradation of polyethylene by a fungus Penicillium simplicissimum YK.", Polymer Degradation and Stability, 72, pp.323-327 [52] Zuchowska D., Hlavata D., Steller R., Adamiah W and Meissner W (1999), "Physical structure of polyolefin-starch after ageing", Polymer Degradation and Stability, 64, pp.339-346 75 [...]... nghiên cứu đã đƣợc tiến hành không chỉ với polietilen có khả năng phân hủy sinh học mà cả với quá trình phân hủy sinh học của polietilen [19, 38-40] Kết quả của các nghiên cứu này chứng tỏ polietilen bị phân hủy sinh học sau quá trình phân hủy quang và phân hủy hóa học Quá trình phân hủy sinh học của polietilen diễn ra theo 2 cơ chế: phân hủy sinh học hidro (có mặt nƣớc) và phân hủy sinh học oxo (có. .. bị phân hủy sinh học hidro Đối với polietilen có khả năng phân hủy sinh học đƣợc tổng hợp bằng cách bổ sung phụ gia xúc tiến oxi hóa, quá trình phân hủy sinh học diễn ra sau quá trình phân hủy quang và phân hủy hóa học Sau quá trình oxi hóa nhiệt đƣợc xúc tác bởi kim loại chuyển tiếp, quá trình phân hủy sinh học các sản phẩm oxi hóa thấp phân tử diễn ra ngay tiếp sau Ei- Shafei và cộng sự [40] nghiên. .. khiến cho chúng có khả năng phân hủy sinh học thì tất cả các yếu tố này cần phải đƣợc xem xét Nghiên cứu của Bonhomme [19] chỉ ra rằng để có thể phân hủy sinh học thì KLPT của polyolefin phải nhỏ hơn 500 Nhƣ vậy, nguyên lý để làm cho poliolefin có khả năng phân hủy sinh học liên quan đến việc bổ sung các phụ gia đặc biệt vào poliolefin tổng hợp sao cho vật liệu biến tính có khả năng phân hủy quang và... bởi ion kim loại Jakubowicz [18] nghiên cứu quá trình phân hủy oxi hóa nhiệt của màng polietilen trong điều kiện ủ compost có mặt phụ gia xúc tiến oxi hóa Các tác giả thấy rằng hỗn hợp kim loại là phụ gia xúc tiến oxi hóa hiệu quả nhất Để là một xúc tác hiệu quả, hai ion kim loại cần phải có độ bền giống nhau và khi khi 2 ion kim 22 loại bị oxi hóa bởi các chất oxi hóa, số oxi hóa của ion kim loại chỉ... nhiên trong nhiều trƣờng hợp mối liên hệ chính xác giữa việc xử lý mẫu phi sinh vật với điều kiện tự nhiên không đƣợc chỉ rõ [29] Hình 1.8 Quá trình phân hủy của PE xúc tác bởi kim loại chuyển tiếp [26] 24 Tốc độ phân hủy phi sinh vật của màng PE chứa chất xúc tiến phân hủy Mn2+ đƣợc nghiên cứu trong các môi trƣờng khác nhau ở 60 và 700C Quá trình phân hủy đƣợc theo dõi từ sự thay đổi khối lƣợng phân. .. Dƣờng nhƣ sự có mặt của chất tẩy rửa tổng hợp có tính chất lý hóa khác so với chất hoạt động bề mặt sinh học có ảnh hƣởng tới quá trình phân hủy sinh học theo chiều hƣớng tiêu cực bởi nó làm tăng tính linh động của các hợp chất kém tan nhƣng đồng thời cũng làm yếu sự bám dính của vi khuẩn trên bề mặt vật liệu [43] 29 Hình 1.9 Cơ chế phân hủy sinh học của PE sau khi phân hủy oxi hóa [26] Về cơ bản, có 2... phƣơng pháp đùn thổi đƣợc thử nghiệm trong tủ thời tiết hồ quang xenon và trong tủ không khí ở 700C trong thời gian dài Các kết quả cho thấy trạng thái oxi hoá của kim loại không ảnh hƣởng đến khả năng khơi mào và gia tốc quá trình phân huỷ Quá trình phân huỷ oxi hoá nhiệt khi có mặt stearat kim loại diễn ra theo trật tự: coban> mangan> sắt Tuy nhiên sắt stearat có khả năng khơi mào quá trình oxi hoá quang... hơn 2 loại màng kia Bản chất của phụ gia xúc tiến oxi hóa là yếu tố chủ yếu kiểm soát quá trình phân hủy sinh học của màng PE, đặc biệt khối lƣợng tƣơng đối của các kim loại có tính chất quyết định Coban có thể sử dụng làm phụ gia xúc tiến oxi hóa ở nồng độ giới hạn có kiểm soát bởi ở nồng độ cao, nó có thể gây độc tế bào đối với một số chủng vi sinh vật, làm mất khả năng tạo màng sinh học trên bề mặt. .. sánh 2 loại màng polietilen tỷ trọng thấp (LDPE) cùng có phụ gia xúc tiến oxi hóa, trong đó một loại có chứa chất độn canxi cacbonat nghiền kích thƣớc micro, khả năng oxi hóa nhiệt của màng chứa chất độn chậm hơn nhƣng mức độ khoáng hóa cacbon của 2 loại màng này gần nhƣ tƣơng đƣơng và đều đạt khoảng 19% trong môi trƣờng chôn lấp ở 580C [37] 27 1.3.3 Quá trình phân hủy sinh học của PE sau phân hủy giảm... là kim loại phù hợp tham gia vào hỗn hợp kim loại cho hoạt tính xúc tiến oxi hóa Nhƣ một xúc tác oxi hóa khử, 2 ion Mn2+ có độ bền tƣơng đƣơng có thể tạo thành và bị oxi hóa thành Mn3+ và sau đó Mn3+ bị khử thành Mn2+ Bởi vậy, khi poliolefin tiếp xúc với môi trƣờng, một mạch gốc tự do trong vật liệu có thể phản ứng với oxi trong khí quyển và tạo thành các hidropeoxit tiếp tục bị thủy phân và quang phân