CN113376362A - 一种新型的塑料生物降解测试设备及测试方法 - Google Patents

一种新型的塑料生物降解测试设备及测试方法 Download PDF

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陈泽
汪健松
黄昌鹏
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宋雁鸣
王文明
徐华东
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Abstract

本发明涉及一种新型的塑料生物降解测试设备及测试方法,其特征在于:包括测试箱。该测试箱内设置若干个试验桶,每个测试箱外设置有压缩空气连接入口,压缩空气连接入口连接有溶液灌,压缩空气经过溶液灌,溶液灌后设置若干个流量计,每个流量计后均设置有加湿器,加湿器分别进入后设置的试验桶,试验桶设有三个,三个试验桶分为放有试验材料试验组、放置参比材料的对比组以及空白对照组,每个试验桶内部均分别设置振动盘以及安装在振动盘上的搅拌器,所述的试验桶后均连接有气体吸收容器,气体吸收容器后连接有除湿容器以及分析测试仪器。在试验结束时可以确定试验材料的崩解程度,也可以测定试验材料的质量损失。

Description

一种新型的塑料生物降解测试设备及测试方法
技术领域
本发明涉及降解测试设备,特别是一种新型的塑料生物降解测试设备及测试方法。
背景技术
生物降解塑料是指一类由自然界存在的微生物如细菌、霉菌(真菌)和藻类的作用而引起降解的塑料。理想的生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解、最终被无机化而成为自然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料。“纸”是一种典型的生物降解材料,而“合成塑料”则是典型的高分子材料。因此,生物降解塑料是兼有“纸”和“合成塑料”这两种材料性质的高分子材料。
生物降解塑料又称生物分解塑料,指在自然界如土壤和/或沙土等条件下,和/或特定条件如堆肥化条件下或厌氧消化条件下或水性培养液中,由自然界存在的微生物作用引起降解,并最终完全降解变成二氧化碳(CO2 )或/和甲烷(CH4)、水(H2O)及其所含元素的矿化无机盐以及新的生物质的塑料。
但是目前的塑料生物降解是一个难题,不难清楚塑料生物的降解能力,不难有效的掌握该生物的降解问题,主要原因是缺少一个比较专业性的测试设备。
发明内容
本发明提出一种新型的塑料生物降解测试设备及测试方法,解决了现有技术中使用过程中存在的上述问题。
本发明的技术方案是这样实现的:
一种新型的塑料生物降解测试设备及测试方法,其特征在于:包括测试箱。该测试箱内设置若干个试验桶,每个测试箱外设置有压缩空气连接入口,压缩空气连接入口连接有溶液灌,压缩空气经过溶液灌,溶液灌后设置若干个流量计,每个流量计后均设置有加湿器,加湿器分别进入后设置的试验桶,试验桶设有三个,三个试验桶分为放有试验材料试验组、放置参比材料的对比组以及空白对照组,形成三个对比组,每个试验桶内部均分别设置振动盘以及安装在振动盘上的搅拌器,所述的试验桶后均连接有气体吸收容器,气体吸收容器后连接有除湿容器以及分析测试仪器。
作为有选项,所述的流量计设置有三个,每个流量计对应设置一个加湿器,三个加湿器对应连接三个试验桶。
作为有选项,溶液灌采用氢氧化钠溶液灌。
作为有选项,还包括有主机,主机上设有人机交互界面,上述的分析测试仪器采集的信号反馈信号给主,主机通过采样分析测试仪器反馈数值,进行塑料微生物分解能力分析。
作为有选项,所述分析测试仪器包括有压力传感器、二氧化碳传感器、氧气传感器、温度传感器以及二氧化碳吸收器,压力传感器、二氧化碳传感器、氧气传感器、温度传感器以及二氧化碳吸收器依次连接。
作为有选项,所述的测试箱为恒温58±1℃的试验仓。
作为有选项,气体吸收容器采用硫酸溶液吸收容器。
作为有选项,除湿容器包括有硅胶除湿。
一种新型的塑料生物降解测试设备的测试方法 ,其测试方法为:
(1)空气预处理:
压缩空气经过氢氧化钠溶液,进行C02吸收,确保进入试验桶的空气是无CO2残留的;
分解测试处理:把步骤(1)处理的的洁净空气通过流量计调整至(50-100)mL/min的流量,经过加湿器后进入试验桶,试验桶是放置在恒温58±1℃的试验仓内,三个试验桶分别一个放置试验材料、一个放置参比材料、一空白,进行塑料生物的降解测试,振动盘与搅拌器每间隔几天就进行工作一次,防止测试材料结块。
分解产物气体处理:对三个测试桶出来的空气,会含有测试材料分解产生的CO2,经过硫酸吸收氨气、水蒸气、三氧化硫、硫化氢等气体,再经过硅胶进行除湿,然后再经过二氧化碳分析仪、氧气传感器、温度传感器、压力传感器,计算CO2实际释放量。
综上所述,与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
本设计的技术方案可用于将材料作为有机化合物在受控的堆肥条件下,通过测定其排放的二氧化碳量来确定其最终需氧生物分解能力及其崩解程度。试验材料与接种物混合,导入静态堆肥容器,在该容器中,混合物在规定的温度、氧浓度和湿度下进行强烈的需氧堆肥。
在试验材料的需氧生物分解过程中,二氧化碳、水、矿化无机盐及新的生物质都是最终生物分解的产物。在试验中连续监测、定期测量试验容器和空白容器产生的二氧化碳,累计产生的二氧化碳量。试验材料在试验中实际产生的二氧化碳量与该材料可以产生的二氧化碳的理论值之比为生物分解百分率。
根据实际测量的总有机碳(TOC)含量可以计算出二氧化碳的理论释放量。生物分解百分率不包括已转化为新的细胞生物质的碳量,因为它在试验周期内不代谢为二氧化碳。
此外,在试验结束时可以确定试验材料的崩解程度,也可以测定试验材料的质量损失。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是一种新型的塑料生物降解测试设备及测试方法的整体结构示意框图。
图2是测试结果的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图1-2,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示,本发明公开了一种新型的塑料生物降解测试设备及测试方法,其主要的结构包括如下:
包括测试箱4,测试箱内设置三个试验桶5,测试箱外设置一压缩空气入口,压缩空气经过氢氧化钠溶液灌1,溶液灌1后设置三个流量计2,流量计2后设置三个加湿器3,加湿器3分别进入后设置的试验桶5,三个试验桶5分别放置一试验材料9、一参比材料10、一空白11,三个试验桶5内部分别设置振动盘7以及搅拌器8。即相当于空白、参比材料、试验材料为一组,总共9个。
还包括主机,主机上设有人机交互界面。二氧化碳分析仪、氧气传感器、温度传感器、压力传感器反馈信号给主机控制器;主机通过采样传感器反馈数值,进行塑料微生物分解能力分析。
试验桶5的空白11采用稳定的、腐熟的堆肥,如可能,从城市固体废弃物中有机物的堆肥中获取。
参比材料实验薄层色谱级纤维素作为正控制参比材料,粒度小于20um。
试验材料按照IOS8245侧端实验材料和参比材料的总有机碳,以每克总干固体的总有机碳的克数来表示。或者如果材料不含有无机碳,则可以用元素分析法测定其含碳量,实验材料应含有足够的有机碳,以便产生适合于测定所需的二氧化碳。一般,每个容器50g总干固体至少含有20g总有机碳。
本方案的测试原理为:
压缩空气经过氢氧化钠溶液,进行C02吸收,确保进入试验桶的空气是无CO2残留的;经过去本底浓度(即无CO2)的洁净空气通过流量计调整至(50-100)mL/min的流量,经过加湿器3后进入试验桶,试验桶是放置在恒温58±1℃的试验仓内,三个试验桶分别一个放置试验材料、一个放置参比材料(参比材料是已知CO2分解能力以及分解量的,目的是为了确保设备工作的正常性),振动盘与搅拌器每间隔几天就进行工作一次,如分含量发生明显变化,每周振荡一次,有助于包装水分的均匀分布,防止测试材料结块;3个测试桶出来的空气,会含有测试材料分解产生的CO2,经过硫酸吸收氨气、水蒸气、三氧化硫、硫化氢等气体,再经过硅胶进行除湿,然后再经过二氧化碳分析仪、氧气传感器、温度传感器、压力传感器,计算CO2实际释放量。
从图2中证明了测试结果的有效性,通过本方案设计的办法,其得出的试样的CO2累计生成量以及试样的生物分解率,符合要求。
一般有效性只有符合下列事项,才可认为有效:(1)45d后参比材料的生物分解百分率超过70%;(2)在试验结束时每个堆肥容器的生物分解百分率之间的相对偏差不超过20%;(3)在培养前10d内,空白容器中接种物产生50mg CO2/g挥发性固体(平均值)至150mgCO2/g挥发性固体(平均值)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型的塑料生物降解测试设备,其特征在于:包括测试箱,该测试箱内设置若干个试验桶,每个测试箱外设置有压缩空气连接入口,压缩空气连接入口连接有溶液灌,压缩空气经过溶液灌,溶液灌后设置若干个流量计,每个流量计后均设置有加湿器,加湿器分别进入后设置的试验桶,试验桶设有三个,三个试验桶分为放有试验材料试验组、放置参比材料的对比组以及空白对照组,形成三个对比组,每个试验桶内部均分别设置振动盘以及安装在振动盘上的搅拌器,所述的试验桶后均连接有气体吸收容器,气体吸收容器后连接有除湿容器以及分析测试仪器。
2.根据权利要求1所述一种新型的塑料生物降解测试设备,其特征在于:所述的流量计设置有三个,每个流量计对应设置一个加湿器,三个加湿器对应连接三个试验桶。
3.根据权利要求1所述一种新型的塑料生物降解测试设备,其特征在于:溶液灌采用氢氧化钠溶液灌。
4.根据权利要求1或2或3所述一种新型的塑料生物降解测试设备,其特征在于:还包括有主机,主机上设有人机交互界面,上述的分析测试仪器采集的信号反馈信号给主,主机通过采样分析测试仪器反馈数值,进行塑料微生物分解能力分析。
5.根据权利要求3所述一种新型的塑料生物降解测试设备,其特征在于:所述分析测试仪器包括有压力传感器、二氧化碳传感器、氧气传感器、温度传感器以及二氧化碳吸收器,压力传感器、二氧化碳传感器、氧气传感器、温度传感器以及二氧化碳吸收器依次连接。
6.根据权利要求1所述一种新型的塑料生物降解测试设备,其特征在于:所述的测试箱为恒温58±1℃的试验仓。
7.根据权利要求1所述一种新型的塑料生物降解测试设备,其特征在于:气体吸收容器采用硫酸溶液吸收容器。
8.根据权利要求1所述一种新型的塑料生物降解测试设备,其特征在于:除湿容器包括有硅胶除湿。
9.根据权利要求1所述一种新型的塑料生物降解测试设备,其特征在于:测试箱内还安装有温度传感器。
10.一种新型的塑料生物降解测试设备的测试方法 ,其特征在于:采用权利要求1-8任意一项所述的一种新型的塑料生物降解测试设备,其测试方法为:
(1)空气预处理:
压缩空气经过氢氧化钠溶液,进行C02吸收,确保进入试验桶的空气是无CO2残留的;
分解测试处理:把步骤(1)处理的的洁净空气通过流量计调整至(50-100)mL/min的流量,经过加湿器后进入试验桶,试验桶是放置在恒温58±1℃的试验仓内,三个试验桶分别一个放置试验材料、一个放置参比材料、一空白,进行塑料生物的降解测试,振动盘与搅拌器每间隔几天就进行工作一次,防止测试材料结块;
分解产物气体处理:对三个测试桶出来的空气,会含有测试材料分解产生的CO2,经过硫酸吸收氨气、水蒸气、三氧化硫、硫化氢等气体,再经过硅胶进行除湿,然后再经过二氧化碳分析仪、氧气传感器、温度传感器、压力传感器,计算CO2实际释放量。
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