低密度聚乙烯塑料的化学生物级联降解
塑料制品具有质量好、理化性质稳定、制造成本低的优点，广泛应用在各个行业。塑料带来便利的同时，也给自然环境带来了严重的污染问题。其中，由于聚乙烯(PE)本身具有高疏水性，耐化学生物腐蚀性能好的特性，大量废弃聚乙烯塑料仍旧缺乏强有力的回收方法。针对聚乙烯生物降解效果差，生物降解周期长这一关键问题，本论文开展了一种新型绿色低能耗的化学生物级联方法来降解聚乙烯塑料。合理地优化并且级联化学氧化处理过程和微生物降解过程,为聚乙烯的高效降解路径从头设计提供技术支持。 本论文主要的研究结果如下: (1)化学氧化降解LDPE。优选过硫酸盐和乙酰丙酮钴催化氧化的处理方法。针对反应时间、温度、催化剂种类等条件，对LDPE介面特性和降解特性的影响，进行了深入的研究。通过红外光谱(FT-IR)、原子扫描电镜(SEM)、高温凝胶色谱(HT-GPC)对LDPE粉末的官能团、表面结构、分子量变化进行分析检测。化学氧化处理后的LDPE粉末的含氧活性官能团明显增多，形成羰基官能团与羟基官能团。在24 h内，羰基指数从0升高到2.99,含氧量可达到7.92％,分子量曲线向左下方偏移，Mw降低了 8.58％。结果表明化学氧化处理可以提高LDPE粉末的介面特性和降解特性。 (2)氧气压力下强化氧化降解LDPE。在对LDPE的化学氧化的基础上，通过氧气氛围的调节，进一步提升LDPE的介面亲水特性和降解特性。通过反应时间、温度、搅拌转速以及氧气压力等条件，对LDPE的面特性和降解特性的影响，进行了深入的研究。通过红外光谱(FT-IR)、原子扫描电镜(SEM)、高温凝胶色谱(HT-GPC)对LDPE粉末的官能团、表面结构、分子量变化进行分析检测。在24 h内，羰基指数从0升高到6.21,是常压组的2倍，含氧量可达到10.86％,极大的提高了 LDPE的含氧量。分子量曲线发生更明显的向左下方偏移，中间产物分析发现有许多低聚物产生，释放C12-C30短链长的中间产物，如不同长度的烷烃、羧酸等。结果表明在氧气压力环境下，可以进一步强化处理后LDPE粉末的介面氧化状态和降解程度。 (3) 化学生物级联降解LDPE。利用具有降解能力的Bacillus velezensis C5对化学氧化处理后的LDPE粉末，进行生物降解过程研究。结果表明经过化学预处理后，可以加强B.velezensis C5对LDPE粉末的降解能力。氧化后的LDPE粉末亲水性更强，B.velezensis C5更好更快地黏附在LDPE表面，降解酶与LDPE粉末相互作用，不断促进LDPE的生物降解。90天后，LDPE粉末质量损失可以达到23.91％,是空白对照组的3倍。结果表明在经过化学生物级联方法处理后，可以有效的提高对LDPE粉末的生物降解效果。 针对当前传统化学处理聚乙烯所需要的高能耗，以及生物处理过程中,聚乙烯生物降解效果差，降解速率慢这一问题，本论文创新性的提出一种新型绿色低能耗的化学-生物级联的方法来降解聚乙烯塑料。将氧化处理后的最优氧化实验组与B.velezensis C5构建共培养体系，在90天内成功使聚乙烯降解质量达到18-24％,是对照组的2-3倍。采用此方法，可实现聚乙烯绿色温和、快速高效的降解目的。同时，化学生物级联降解塑料这一战略新方法会在环境保护和回收处理等方面发挥重要作用。
低密度聚乙烯塑料;污染特征;化学氧化处理;微生物降解
北京化工大学
硕士
生物工程
苏海佳
2023
中文
X506
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）