BÀI TIỂU LUẬN: PHÂN HỦY BAO BÌ NYLON BẰNG VI SINH VẬT

Danh Mục Hình ẢnhHình 1.1 Phân hủy nilon bằng sâu bướm Hình 1.2 Nhà khoa học Canada và sản phẩm Hình 2.1 Polyethylen Hình 2.2 Phthalate Hình 2.3 Túi tự phân hủy Hình 2.4 Qui trình phân h

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BÀI BÁO CÁO MÔN

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Ngô Thị Hồng TâmChuyên ngành đào tạo: Công Nghệ hóa họcKhóa học: 2018-2019

Thành Phố Hồ Chí Minh

Bảng phân công công việc

Stt Nội dung công việc Thời gian

(Bắt đầu-kết thúc)

Cá nhân thực hiện

Đánh giá

1 Tìm và phân loại các loại vi sinh

vật phù hợp cho quá trình nghiên

5 Tiến hành xây dựng mô

hình( làm các bước từ đơn giản

chiếc túi ni lông được sử dụng Ở Việt Nam, tuy người dân mới sử dụng túi lông phổ biến khoảng vài thập niên, nhưng loại rác này đã và đang gây ô nhiễm môi trường nặng nề Trong các thùng rác của mỗi gia đình hằng ngày, thường xuyên có túi ni-lông Túi ni-lông như một sản phẩm tất yếu trong đời sống người dân Việt Nam bởi sự tiện dụng của nó.

ni-Theo thống kê chưa đầy đủ, chỉ riêng hai thành phố lớn là Hà Nội và TP Hồ Chí Minh, trung bình mỗi ngày thải ra môi trường khoảng 80 tấn nhựa và túi ni-lông, con số này không ngừng tăng lên Tại Thừa Thiên Huế, theo khảo sát mới nhất, mỗi ngày toàn tỉnh thải ra môi trường 650 tấn rác (riêng thành phố Huế 200 tấn), trong đó có 6% là rác nhựa, ni lông, tương đương 35 tấn.(Năm 2000 cả nước một ngày xả khoảng 800 tấn rác nhựa ra môi trường Ðến nay, con số đó là 25.000 tấn/ngày)

Như đã biết túi nylon được làm từ sợi nhựa tổng hợp bền dẻo với nhiều kích cỡ khác nhau, có thể tái chế được Tuy nhiên, nó cũng là vật liệu gây ra ô nhiễm môi trường Chất nhựa độc hại của bao bì nilon ngấm vào đất, nguồn nước, gây ảnh hưởng không nhỏ đến sức khoẻ con người và các loài sinh vật khác (các loài động thực vật ở các sông suối, ao hồ ) Ngoài ra bao bì nylon còn được tạo bởi "kim loại độc hơn cả chì", cadimi và chất dioxin cực độc

Chính vì lý do trên, hàng thập kỉ qua nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới đã tìm

chúng em quyết định chọn phương pháp phân hủy bao nilon bằng vi khuẩn bởi đâyđược đánh giá là phương pháp thân thiện với môi trường nhất hiện nay.

Do lần đầu làm đề tài dự thi, nên chắc chắn sẽ không tránh khỏi sai sót

Nhóm chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy cô và

các bạn để lần sau có những đề tài tốt hơn

Lời cảm ơn

Để hoàn thành bài báo cáo này, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô Ngô Thị Hồng Tâm đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình viết Báo cáo môn Phương phápNghiên cứu kho học

Chúng em xin chân thành cảm ơn cô đã tận tâm hướng dẫn chúng em

qua từng buổi học trên lớp cũng như những buổi nói chuyện, thảo luận về lĩnh

vực sáng tạo trong nghiên cứu khoa học Nếu không có những lời hướng dẫn,

dạy bảo của cô thì chúng em nghĩ bài thu hoạch này của chúng em rất khó có thểhoàn thiện được Một lần nữa,chúng em xin chân thành cảm ơn cô

Bài thu hoạch được thực hiện trong khoảng thời gian ngắn Bước đầu đi vào thực tế, tìm hiểu về lĩnh vực sáng tạo trong nghiên cứu khoa học, kiến thức của chúng em còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ Do vậy, không tránh khỏi

những thiếu sót là điều chắc chắn,chúng em rất mong nhận được những ý kiến

đóng góp quý báu của quý thầy cô và các bạn học cùng lớp để kiến thức của

chúng em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn

Em chân thành cảm ơn quý thầy, cô trong khoa Công nghệ Hóa học, Trường Đại Học Công nghiệp Thực phẩm đã tận tình truyền đạt kiến thức trong những năm em học tập Với vốn kiến thức được tiếp thu trong quá trình học không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu khóa luận mà còn là hành trang quí báu để em bước vào đờimột cách vững chắc và tự tin

Cuối cùng em kính chúc quý thầy, cô dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp cao quý

Mục Lục

Bảng phân công công việc i

Lời mở đầu ii

Lời cảm ơn iv

Phần 1 : Mở đầu 1

Phần 2: Nội dung 2

Chương 1: Tổng quan-Lược khảo tài liệu 2

1.1 Đề tài “phân hủy túi nilon bằng sâu bướm”( Nhóm nhà khoa học của Tây Ban Nha) 2

1.2 Đề tài “vi khuẩn ăn được túi nilon” ( Nhóm 2 sinh viên trẻ tại University of British Columbia và University of Toronto, Canada) 4

Chương 2: Cơ Sở lý thuyết-Nội dung và phương pháp nghiên cứu 5

2.1 Các khái niệm cơ bản 5

2.1.1Bao nilon 5

2.1.2 Polyethylen và phthalate 6

2.1.3 Vi sinh vật 7

2.2 Tính chất của Polyethylen và phthalate 7

2.2.1Polyethylene 7

2.2.2 Phthalate 7

2.3 Phương pháp phân hủy bao bì nilon 8

2.3.1 Phương pháp đốt 8

2.3.2Phương pháp sử dụng vật liệu tự phân hủy-bioplastic 8

2.3.3 Phương pháp sử dụng vi sinh vật 9

2.2.4 Các bước tiến hành 11

v

Chương 3: Kết quả - Thảo luận 13

3.1 Mục tiêu nghiên cứu 13

+Phá hủy thành công cấu trúc PE( polyethylene), PET( polyethylene Terephthalate) – thành phần chính của bao bì nylon 13

+Áp dụng diện rộng( xem năng suất của vi sinh vật phân hủy thế nào) 13

3.2 Kết quả theo lý thuyết 14

3.2.1 Hình ảnh kết quả 14

3.2.2 Thảo luân tính hiệu quả 15

Phần 3: Kết luận và kiến nghị 15

     1) Kết luận 16

2)Kiến Nghị 16

Tài liệu tham khảo 17

Danh Mục Hình ẢnhHình 1.1 Phân hủy nilon bằng sâu bướm

Hình 1.2 Nhà khoa học Canada và sản phẩm

Hình 2.1 Polyethylen

Hình 2.2 Phthalate

Hình 2.3 Túi tự phân hủy

Hình 2.4 Qui trình phân hủy nhựa của vi khuẩn

Hình 2.5 Vệt mẫu ra đĩa

Hình 2.7 Phát hiện vi sinh vật

Hình 2.8 Nilon phân hủy

Danh Mục Biểu BảnBiều đồ 2.6 tăng giảm lượng phthalate và quá trình phát triển của sinh vật

vii

Phần 1 : Mở đầu

Trong những năm gần đây, vấn đề làm thế nào để giải quyết rác thải nhựa nói chung và bao bì nilon nói riêng đang được các nhà khoa học trên thế giới tiến hành nghiên cứu bằng nhiều phương pháp khác nhau như quy trình tái chế thu gom không qua phân loại, làm bằng vật liệu có thể tự phân hủy-bioplastic ( chi phí rất đắt ),…Trong số nhiều những phương pháp phân hủy rác thải nilon có thể được coi là hiệu quả ở giai đoạn hiện tại được trình bày ở trên vì có thể giải quyết túi nilon với sốlượng lớn tuy nhiên chúng đồng thời cũng gây ra một số tác hại phụ như phát sinh khíđộc trong các qui trình đốt, đun nấu; hay đội chi phí sản xuất lên rất cao ( gấp 1,5 đến

2 lần túi nilon thông thường )

Một trong những phương pháp đang được các nhà khoa học trẻ trên thế giới

hướng đến trong lĩnh vực phân hủy túi nilon chính là phương pháp sử dụng các loại

vi sinh vật ( các loại vi khuẩn cũng có thể được nhắc đến trong quá trình này) để phânhủy cấu trúc bền của bao bì nilon, điển hình là polyethylene và phthalate

Để hoàn thành bài báo cáo với đề tài “ phương pháp phân hủy bao bì nilon bằng visinh vật”, tuy đây không phải là đề tài quá mới mẻ với chúng ta nhưng việc tìm kiếm thu thập thông tin, số liệu không hề đơn giản bởi tính chất nghiên cứu gắn liền với mục tiêu kinh tế nên số liệu từ các nguồn tham khảo chưa thật sự chuẩn xác Hơn thế nữa, việc giới hạn kinh phí cũng như địa điểm làm việc cũng ảnh huỏng không nhỏ đến kết quả của bài nghiên cứu Chính vì lẽ đó nhóm chúng em rất mong nhận được ýkiến đóng góp chân thành từ các vị độc giả

Phần 2: Nội dung

Chương 1: Tổng quan-Lược khảo tài liệu

Như đã trình bày ở trên phương pháp phân hủy túi nilon bằng vi sinh vật vẫn đangtrong giai đoạn thành công bước đầu và đang tiếp tục phát triển ( ở các quốc gia tiên tiến như :Tây Ban Nha, Canada, Mỹ, Anh, Nhật) Hiện nay có 2 công trình nghiên cứu mà nhóm chúng em cho rằng chúng có quan hệ mật thiết với đề tài của nhóm:

1.1 Đ tài “phân h y túi nilon b ng sâu b ủy túi nilon bằng sâu bướm”( Nhóm nhà khoa học của ằng sâu bướm”( Nhóm nhà khoa học của ướm”( Nhóm nhà khoa học của m”( Nhóm nhà khoa h c c a ọc của ủy túi nilon bằng sâu bướm”( Nhóm nhà khoa học của

Tây Ban Nha)

Cô Federica Bertocchini làm việc tại Viện nghiên cứu công nghệ y tế và công nghệ sinh học Cantabria (IBBTEC), Tây Ban Nha

Bertocchini cùng hai đồng nghiệp Christopher Howe và Paolo Bombelli từ khoa công nghệ hóa học của trường ĐH Cambridge đã lập một nhóm nghiên cứu để theo dõi thực nghiệm dựa trên những quan sát của nhà nữ khoa học

Các nhà nghiên cứu đã đặt khoảng 100 con sáp sâu vào một chiếc túi mua hàng bằngnilon của một siêu thị Anh Sau 40 phút, những cái lỗ bắt đầu xuất hiện trên cái bao nilon, và khoảng 12 giờ sau, các nhà khoa học đã thu được 92mg nhựa dẻo đã phân hủyvụn ra

Mặc dù bất ngờ nhưng điều này không quá gây ngạc nhiên vì có vẻ như vật liệu từ chất dẻo của chiếc túi như không khác gì so với thức ăn tự nhiên của lũ sâu là sáp ong

“Sáp là một loại polymer, một dạng chất dẻo tự nhiên và có một cấu trúc hóa học không khác mấy so với polyethylene” - nhà nghiên cứu Bertocchini cho hay

2

Hình.0.1.1 phân hủy nilon bằng sâu bướm

Các nhà nghiên cứu đã chứng minh được rằng liên kết hóa học trong chất dẻo

(plastic) có thể bị phá vỡ thông qua phân tích bằng kính quang phổ Họ cũng chứng minh được dạng phân tử “monomer” không còn liên kết với nhau - kết quả của việc chuyển hóa sinh học của những con sâu đã biến polyethylene thành ethylene glycol

Quá trình này còn hơn là một hoạt động nhai nghiền bởi vì quá trình phân hủy chiếc túi nilon của đám sâu đã tạo ra “sản phẩm” giống hệt nhau

“Nếu như chỉ có một loại enzyme được sử dụng cho quá trình hóa học này, việc tái sản xuất nó với qui mô lớn để sử dụng trong các giải pháp công nghệ sinh học sẽ trở nên khả thi” - theo nhà nghiên cứu Bombelli

1.2 Đ tài “vi khu n ăn đ ẩn ăn được túi nilon” ( Nhóm 2 sinh viên trẻ tại ược túi nilon” ( Nhóm 2 sinh viên trẻ tại c túi nilon” ( Nhóm 2 sinh viên tr t i ẻ tại ại

University of British Columbia và University of Toronto, Canada)

Đầu tiên, họ dùng một loại dung môi đặc biệt để hòa tan nhựa - túi nilon, sau đódùng enzyme để phá vỡ cấu trúc của chúng ra Cuối cùng những hợp chất còn lại sẽđược vi khuẩn tiêu hóa hết và quá trình phân hủy túi nilon cũng hoàn tất sau chưa đầy

24 tiếng

Để làm được điều đó, họ đã phát triển nên một loại vi khuẩn chuyên dụng để ănphthalate (Ideonella sakaiensis) - một loại hóa chất đáng chú ý có chứa trong túinilon Jeanny Yao, một trong 2 người phát triển phương pháp phân hủy nhựa nói trêncho biết: "Mặc dù chúng tôi không phải là đội đầu tiên dùng vi khuẩn để phá hủy cấutrúc của phthalate, nhưng thành công của chúng tôi chính là nhóm đầu tiên phát triểncách làm này tại dòng sông tại địa phương, suy rộng hơn là tìm giải pháp dễ tiếp cậncho các vấn đề đặc thù của địa phương chúng tôi."

Miranda Wang, người còn lại trong nhóm nghiên cứu chia sẻ: "Ý tưởng ở đây là

không cần phải đi thu gom nhựa từ môi trường và chở nó tới bãi tập trung Bao Bì

nhựa rất nhẹ nhưng chiếm nhiều diện tích và do đó sẽ rất khó khăn về mặt vận

chuyển Giải pháp ở đây là có những nhà máy di động tự đi tới nơi cần xử lý rác." Và

để thực hiện dự án, cặp sinh viên này đã sáng lập công ty tên là BioCellection vàđang kêu gọi quyên góp số tiền 20.000 đô la nhằm chế tạo nhà máy xử lý rác di độngbằng vi khuẩn đầu tiên

Hình 1 2 nhà khoa học Canada và sản phẩm

4

Chương 2: Cơ Sở lý thuyết-Nội dung và phương pháp nghiên cứu

+Bao bì thông thường:

Bao bì màng mỏng : thành phần của túi ni lông phổ thông như túi xốp hàng chợ vàsiêu thị chủ yếu là hạt nhựa PolyEthylene (PE) và phthalate Theo tỷ trọng PE màchia thành 2 loại túi HDPE và túi LDPE với các đặc tính khác nhau dễ nhận biết.Bao bì màng ghép phép hợp : thường gặp là các loại túi hút chân không đựng thựcphẩm, thức ăn quy trình sản xuất túi màng ghép có phần phức tạp hơn với nguyênliệu chủ yếu từ hạt PA/PE/PP/OPP

2.1.2 Polyethylen và phthalate

Polyethylene

Polyetylen là một nhựa nhiệt dẻo (thermoplastic) được sử dụng rất phổ biến

trên thế giới (hàng năm tiêu thụ trên 60 triệu tấn)

Polyetylen là một hợp chất hữu cơ (poly) gồm nhiều nhóm etylen CH2-CH2 liên kết với nhau bằng các liên kết hydro no

Polyetylen được điều chế bằng phản ứng trùng hợp các monome etylen (C H )

nguyên sinh động vật

2.2 Tính ch t c a Polyethylen và phthalate ất của Polyethylen và phthalate ủy túi nilon bằng sâu bướm”( Nhóm nhà khoa học của

2.2.1Polyethylene

Polyetylen màu trắng, hơi trong, không dẫn điện và không dẫn nhiệt, không

cho nước và khí thấm qua, dai và rất bền ( khó phân hủy)

Tùy thuộc vào loại PE mà chúng có nhiệt độ hóa thủy tinh Tg ≈ -100 °C và nhiệt

độ nóng chảy Tm ≈ 120 °C

6

2.2.2 Phthalate

Nó có thể làm cho nhựa cứng hơn, dẻo hơn, trong suốt hơn hoặc làm cho sơn cứnghơn tùy theo loại Phthalate Nó cũng được dùng làm chất hòa tan, thường có mặt trong các sản phẩm nội thất ô tô, gạch lát sàn, áo mưa, giả da, sản phẩm đóng gói thực phẩm, dung môi làm bóng móng và mỹ phẩm khác

Đây là một loại chất chứa nhiều tác hại

 Gây hại cho sự phát triển trí não, phát triển hành vi và sự phối hợp giữa các cơ

ở trẻ

 Tác động đến hàm lượng hormone tuyến giáp vốn đóng vai trò quan trọng đối

với sự phát triển não của thai nhi và trẻ sơ sinh

 Giảm testosterone (kích thích tố sinh dục nam) quan trọng cho việc phát triển

giới tính nam Những phát hiện này ít nhất là một cảnh báo mới trong khi thế giới vẫn tranh cãi về tác hại phthalates và có nên cấm sử dụng loại hóa chất này hay không

2.3 Ph ươ bản ng pháp phân h y bao bì nilon ủy túi nilon bằng sâu bướm”( Nhóm nhà khoa học của

2.3.1 Phương pháp đốt

Đây có thể được xem là phương pháp đơn giản nhất nhưng là phương pháp bất

ổn nhất vì trong bao bì nilon có các thành phần như Polyethylen, polypropylene, phthalate sẽ sinh ra các khí như các-bon-nic, mê tan và đi-ô xin cực độc

2.3.2 Phương pháp sử dụng vật liệu tự phân hủy-bioplastic

Hình 2.3 túi tự phân hủy

Phương pháp này là tối ưu với tình hình hiện nay khi lợi thế trong việc sử dụng túi nilon trong sinh hoạt vẫn còn cao, hiện nay các nhà khoa học ( Việt Nam ) đã sản xuất thành công túi nilon bằng sinh bột sắn ( chiếm 35%-40%) ,giá thành gấp 1,5-2 lần túi nilon thông thường ( thời gian phân hủy từ 6 tháng – 2 năm , có thể trồng câytrên nền túi đã phân hủy)

2.3.3 Phương pháp sử dụng vi sinh vật

Phương pháp sử dụng vi sinh vật được cho là một phương pháp sẽ được áp dụngdiện rộng trong tương lai bởi theo các nghiên cứu cho thấy thời gian phân hủy baonilon là nhanh hơn rất nhiều so với những phương pháp trình bày ở trên

Trong phương pháp này chúng ta sử dụng các phương pháp khoa học nhưphân loại & hệ thống hóa lý thuyết, phương pháp quan sát khoa học và phươngpháp thực nghiệm, phương pháp mô hình hóa để thực hiện lại các bước làm

Loại vi sinh vật được nghiên cứu nhiều trên thới giới: Ideonella skaiensis

8

Hình 2.4 qui trình phân hủy nhựa của vi khuẩn

Nguyên tắc hoạt động: vi khuẩn Ideonella sakaiensis bẻ gãy mạch PE hay

PET( polyethylene terephthalate) thành acid terephthalic và ethylene glycol, những chất đó cũng là thức ăn của loại vi khuẩn này

2.2.4 Các bước tiến hành

Bước 1:

Lấy mẫu ở đất nơi nuôi chim và bãi rác bỏ vào 2 erlen khác nhau cho phản ứngvới phthalate,ở bước này chúng ta sử dụng phương pháp phân loại và hệ thống hóa lý thuyết vì phải sắp xếp các tài liệu khoa học một cách rõ ràng, sau đó sẽ tiến hành lấy mẫu

Hình.0.2.5 mẫu vật

Bước 2:

Lấy mẫu sau đó vệt lên ba cái chén riêng biệt rồi cung cấp môi trường có

phthalate (PET), ta thấy rõ sự phát triển của vi khuẩn thông qua biểu đồ sau khi đào một cái hố cho vào dung dịch agar, một số loại nấm ( sử dụng phương pháp mô hình hóa để lập biểu đồ sự phát triển của vi khuẩn)

Hình 2.5 vệt mẫu ra dĩa

10

Biểu đồ 2.6 tăng giảm lượng phthalate và quá trình phát triển của sinh vật

Cả hai mẫu đều làm giảm nồng độ của phthalate và gia tăng số lượng vi khuẩn