تخریب زیست محیطی پلی اتیلن

دسته: مقالات منتشر شده در 16 خرداد 1401
نوشته شده توسط Admin بازدید: 453

تخریب زیست محیطی پلی اتیلن (PE)

تجزیه زیستی گریدهای تجاری پلی اتیلن در دو مرحله مورد بررسی قرار می گیرد. اول با اکسیداسیون آبیوتیک در کوره هوا برای شبیه سازی اثرات محیط کمپوست و دوم در حضور میکروارگانیسم های منتخب. تشکیل اولیه بیوفیلم با میکروسکوپ فلورسانس دنبال شد و رشد باکتری ها در سطح پلاستیک توسط SEM بررسی شد. مشاهده شد که رشد میکروبی در حضور نمونه های پلی اتیلن که به صورت فشرده و ضخیم قالب گیری شده اما بدون اکسیداسیون بودند، رخ داد. افزایش حجم و وزن مولکولی پیش از گرم شدن در هوا در دمای 60 درجه سلسیوس اتفاق افتاد؛ نه در دمای محیط، اما کلونیزاسیون میکروارگانیسم ها در تمام نمونه ها رخ داد. فرسایش سطح فیلم در مجاورت میکروارگانیسم ها مشاهده شد و پوسیدگی فرآورده های اکسیداسیون در سطح لایه پلیمری با اندازه گیری های FTIR ارزیابی شده و سپس مشخص شد که با تشکیل پروتئین و پلی ساکارید ناشی از رشد میکروارگانیسم ها مرتبط است.

 

برخی از محققان مدعی شده اند که اغلب پلی الفین ها نمی توانند در فشار محیطی به تجزیه بیولوژیکی برسند زیرا وزن مولکولی بایستی کمتر از 500 باشد تا تجزیه شوند. با این حال، بیش از 25 سال پیش یک گروه میان رشته ای در دانشگاه استون به این نتیجه رسید که پلی اتیلن های معمولی تجزیه نمی شوند، پلی اتیلن های فرموله شده با پراکسیدان های فلزات واسطه (به ویژه کمپلکس آهن)، پس از پیری یا هوازدگی با قرار گرفتن در معرض UV، به رشد میکروبی کمک می کند. با این حال، زباله های پلاستیکی به یک مشکل بزرگ تبدیل شدند؛ به طوری که برای اولین بار امکان یک فرایند ترکیبی از تجزیه زیستی و نوری فراهم می شود که در آن تجزیه آغاز شده توسط اولی می تواند انجام می شود؛ توسط دومی تکمیل شده و در نهایت پلاستیک را به هوموس مفید، آب و CO₂ تبدیل می کند. همچنین اثبات شد که روند پیش از پیری در اثر نور یا گرما بعنوان پیش ماده آبیوتیک ضروری در زیست تخریب پذیری محسوب می شود و فرآورده های اکسیداسیون با جرم مولکولی کم نیز به سرعت توسط میکروارگانیسم های گرمادوست جذب می شوند. آلبرستون و همکارانش به این نتیجه رسیدند که طیف وسیعی از فرآورده های اکسیداسیون زیست تخریب پذیر در فرایند پراکسیداسیون آبیوتیک تشکیل می شوند. در مطالعه قبلی به بررسی یک پلی اتیلن تجاری با قابلیت تجزیه نوری (Plastor 1) پرداختیم که مشخص شد محصولاتی با جرم مولکولی کم با فرسایش زیستی از سطح پلیمر حذف می شوند؛ بدون اینکه جرم مول پلیمر بالک را تحت تأثیر قرار دهند. زیست تخریب پذیری در پلی اتیلن با قابلیت تجزیه نوری از 40.000 مگاوات شروع می شود و به این نتیجه رسیدیم که پراکسیداسیون آغاز شده با نور همان مرحلۀ تعیین کنندۀ سرعت در زیست تخریب پذیری پلی الفین ها در معرض نور خورشید است. با این حال، در سال های اخیر بر زیست تخریب پذیری پلیمر تأکید شده است که از حیطه محافظت از محیط زیست در برابر ضایعات پلاستیکی به بازیابی ارزش پلاستیک ها تغییر مسیر داده است.

 

در مورد پلاستیک های کشاورزی هم به این نتیجه رسیدند که برای مثال فیلم های مالچ بعنوان ماده هیومیک در خاک جذب می شوند اما کمپوست کردن پلاستیک های زیست تخریب پذیر به راه حل نسبتآ متفاوتی نیاز دارد. دستورالعمل چارچوب ضایعات اتحادیه اروپا که در مارس 1991 ارائه شد، "بازیافت/ بازیابی مواد آلی" را بعنوان "نوعی افزایش در زمین که منجر به سود کشاورزی یا بهبود اکولوژیکی من جمله کمپوست سازی و سایر فرایندهای تبدیل بیولوژیکی می شود" تعریف می کند. تبدیل سریع به دی اکسید کربن را نمی توان "بازیابی" دانست زیرا دی اکسید کربن اثرات منفی بر محیط زیست دارد. از سوی دیگر، تبدیل پلی الفین زیست تخریب پذیر به زیست توده سلولی ارزش افزودۀ کمپوست را امکان پذیر می سازد. اکنون اثبات شده است که تجزیه زیستی می تواند از طریق دو مکانیسم مختلف رخ دهد: زیست تخریب پذیری هیدروژنی و زیست تخریب پذیری oxo. اولی در پلیمرهای طبیعی قابل هیدرولیز مانند سلولز، نشاسته و پلی استرها کاربرد دارد. مکانیسم دوم در پلیمرهای طبیعی مانند لاستیک و لیگنین استفاده می شود. پلیمرهای هیدروکربنی مصنوعی در شرایط عادی محیطی هیدرولیز نمی شوند اما در مطالعات اولیه که قبلآ مورد بحث قرار گرفت، مشخص شد که پس از پراکسیداسیون حرارتی کاتالیزور فلزات واسطه، به راحتی در حضور انواع میکروارگانیسم های گرمادوست تجزیه می شوند. علاوه براین، ارگانیسم های زیست تخریب کنندۀ لیگنین بسیار مؤثر هستند. هدف از این مطالعه، تلاش برای بررسی ارتباط بین کمبود فرآورده های اکسیداسیون با جرم مولی کم از پلیمر با رشد میکروارگانیسم های انتخابی بر روی سطح پلیمر ترمواکسید شده در شرایط نزدیک به شرایط ایجاد شده در کمپوست است. همچنین به تعیین نیز ضرورت میزان پراکسیداسیون آبیوتیک حرارتی در حمایت از کلونیزاسیون میکروبی در سطح پلیمر و دنبال کردن توالی رویدادهایی می پردازد که در نهایت، منجر به تشکیل زیست توده سلولی می شوند.

 

تعدادی از مشاهدات مهم در این مقاله به بیان پیشرفت هایی در مکانیسم زیست تخریب پذیری oxo می پردازد. کاملآ واضح است که در صورت لزوم، پراکسیداسیون آبیوتیک بسیار کمی برای آغاز حمله بیولوژیکی توسط میکروارگانیسم های موجود وجود دارد. تفاوت بین فیلم های LC در این است که فیلم های فشرده در دمای 100 درجه سلسیوس قالب گیری شده اند. اگرچه فیلم های فشرده دلیل بر انجام پراکسیداسیون توسط FTIR نیستند، اما به نظر می رسد به احتمال زیاد این امر به دلیل وجود آنتی اکسیدان (هایی) امکان پذیر باشد که برای پردازش مواد ضروری هستند. در شکل زیر اثرات محافظتی اولی آنها به وضوح در زمان های القای نشان داده شده برای فیلم های اصلی ارائه شده است.

 

شکل 1:

development of transmission FTIR band

 

این کار نشان می دهد که آنتی اکسیدان (های) افزوده شده در ابتدا اساسآ در فرایند قالب گیری اولیه استفاده می شوند. در ادامه، منجر به تشکیل بسیار سریع فرآورده های اکسیداسیون در سطح پلیمر در حین ذخیره سازی، حتی در دمای 5 درجه سلسیوس شده و در نهایت، منجر به وزن فیلم بیولوژیک هنگان انکوبه شدن با میکروارگانیسم ها می شود. از طرفی، پیری فیلم های فشرده کاهش وزن مولکولی در تمام روش های پیش از پیری را در پی دارد. نکته قابل توجه اینکه نمونه های ذخیره شده در دمای 20 درجه سلسیوس نشان دهندۀ کاهش شدیدی در مگانیوتن و مگاوات با کاهش توزیع وزن مولکولی هستند؛ در حالی که نمونه هایی که در دمای بالاتر از قبل اکسید شده بودند، نشان دهندۀ افزایش جرم مولکولی هستند. در نتیجه، می توان گفت که کاهش جرم مولی ناشی از عملکرد میکروارگانیسم ها به میزان قابل توجهی در حین انکوباسیون رخ نمی دهد و نقش اصلی میکروارگانیسم ها در این فرایند حذف فرآورده های اکسیداسیون با وزن مولکولی کن هنگام تشکیل آنها است؛ به این معنا که فرایند پراکسیداسیون آبیوتیک همان مرحلۀ تعیین کنندۀ سرعت است. نتایج حاصل از این مطالعه برای فرایندهای کمپوست تجاری بسیار حائز اهمیت است که در آنها پلاستیک های تجزیه پذیر بایستی در چرخۀ کمپوست سازی به قطعات کوچکتر تجزیه شده و در ادامه، بعنوان مواد مغذی برای گیاهان در حال رشد در محیط خاک جذب شوند.