CN114280271B - 一种用于土壤中生物降解高分子材料降解速率的测试方法 - Google Patents
一种用于土壤中生物降解高分子材料降解速率的测试方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114280271B CN114280271B CN202111395924.2A CN202111395924A CN114280271B CN 114280271 B CN114280271 B CN 114280271B CN 202111395924 A CN202111395924 A CN 202111395924A CN 114280271 B CN114280271 B CN 114280271B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- polymer material
- soil
- biodegradable polymer
- leaching
- testing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 68
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims abstract description 67
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 title claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 title abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 75
- 239000004621 biodegradable polymer Substances 0.000 claims abstract description 71
- 229920002988 biodegradable polymer Polymers 0.000 claims abstract description 71
- 238000002386 leaching Methods 0.000 claims abstract description 66
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 40
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 36
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 31
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 claims description 17
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 13
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 claims description 12
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 10
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 10
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 10
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 10
- RQPZNWPYLFFXCP-UHFFFAOYSA-L barium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ba+2] RQPZNWPYLFFXCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 9
- 229910001863 barium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims description 5
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 4
- HUAUNKAZQWMVFY-UHFFFAOYSA-M sodium;oxocalcium;hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+].[Ca]=O HUAUNKAZQWMVFY-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- 238000002479 acid--base titration Methods 0.000 claims description 3
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 claims description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 2
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 claims 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 abstract description 2
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M sodium hydroxide Inorganic materials [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 12
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 3
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 3
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 3
- 239000007857 degradation product Substances 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003368 amide group Chemical group 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 231100000209 biodegradability test Toxicity 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 1
- 229920006238 degradable plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 125000004185 ester group Chemical group 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- -1 polybutylene succinate Polymers 0.000 description 1
- 239000004631 polybutylene succinate Substances 0.000 description 1
- 229920002961 polybutylene succinate Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/44—Resins; Plastics; Rubber; Leather
- G01N33/442—Resins; Plastics
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
- C12M1/02—Apparatus for enzymology or microbiology with agitation means; with heat exchange means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
- C12M1/04—Apparatus for enzymology or microbiology with gas introduction means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M1/00—Apparatus for enzymology or microbiology
- C12M1/12—Apparatus for enzymology or microbiology with sterilisation, filtration or dialysis means
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/22—Devices for withdrawing samples in the gaseous state
- G01N1/24—Suction devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
- G01N1/38—Diluting, dispersing or mixing samples
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Immunology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
Abstract
本发明涉及生物降解高分子材料领域，具体为一种用于土壤中生物降解高分子材料降解速率的测试装置及测试方法。本发明提供的测试装置和测试方法能够弥补现有生物降解高分子材料生物降解性能测试标准和测试方法中土壤培养系统只能与外界进行气体交换的缺陷，能够真实模拟生物降解高分子材料在自然土壤环境中的生物降解过程，从而准确评价生物降解高分子材料在自然土壤环境中的生物降解性能。此外，本发明所述测试方法可以方便对土壤、淋滤液和气体取样测试，可解决现有技术存在的装置搭建复杂的问题，能够降低测试成本、简化测试流程、提高生物降解高分子材料土壤中生物降解性能的测试准确度。
Description
技术领域
本发明涉及生物降解高分子材料领域，具体涉及一种用于土壤中生物降解高分子材料降解速率的测试方法。
背景技术
为缓解不可降解的高分子材料引起的白色污染，研究人员提出使用更加环保的可生物降解高分子材料，如纤维素、纤维素和聚丁二酸丁二醇酯等取代传统的不可降解塑料。这些可生物降解的高分子材料的分子主链或侧基含有大量易水解的基团，如酯基、酰胺基和羟基等，它们可以被微生物识别，并使高分子材料在一定时间内完全降解转化为CO2、水及其所含元素的矿化无机盐和微生物生物量等。
填埋仍然是目前国内外处理生物降解高分子材料最常使用的方法，再加上生物降解高分子材料在农用领域越来越广泛的应用，因此，大量完成使用功能后废弃的生物降解高分子材料会不可避免地进入到土壤中。目前，重量损失率或材料性质，如化学组成、分子结构、力学性能、分子量、表面形貌等等的变化通常被用来表征土壤中材料的生物降解速率或生物降解性能。使用宏观“重量损失”作为土壤中材料生物降解速率的量度，具有易于测量的优点。目前也有依据CO2释放量确定土壤中生物降解高分子材料的降解速率的。但是目前，所有生物降解高分子材料降解性能和降解速率的测量装置都是在封闭环境中培养生物降解高分子材料的，会导致生物降解高分子材料降解释放的小分子有机物在体系内不断聚集并最终饱和，而这会对随后生物降解高分子材料的生物降解性能以及降解速率产生显著影响。
发明内容
本发明为解决现有生物降解高分子材料降解性能和降解速率的测量装置结构复杂，成本高且测试准确度低的技术问题，提供一种用于土壤中生物降解高分子材料降解速率的测试装置。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种用于土壤中生物降解高分子材料降解速率的测试装置，包括通过连接管顺次连接在一起的微型压缩气泵、第一CO2吸收瓶、CO2指示瓶、中空淋溶装置、第二CO2吸收瓶和第三CO2吸收瓶；所述中空淋溶装置的顶部设有端盖，所述端盖的上方设置有外接式布水器和机械搅拌装置，外接式布水器通过管路与中空淋溶装置的内部腔体连通，机械搅拌装置的搅拌轴伸入至中空淋溶装置的内部腔体中，位于中空淋溶装置内的搅拌轴设置有搅拌桨；所述第一CO2吸收瓶内装有干燥的碱石灰或强碱水溶液；CO2指示瓶内装有氢氧化钡溶液；外接式布水器内装有设定pH值的淋洗液；中空淋溶装置内部腔体的上部装有一定高度的土壤为淋溶区，底部呈倒圆锥状，且内部装有石英砂颗粒为过滤区，所述过滤区的底部设置有出水口，所述出水口的下部设置有滤液收集容器；所述第二CO2吸收瓶和第三CO2吸收瓶内部均装有强碱水溶液。所有连接管的进气端位于装置内的液面之上，出气端伸入至装置的液体中。
进一步的，外接式布水器与中空淋溶装置内部腔体连通的管路上设置有进液控制阀。
进一步的，所述中空淋溶装置为空心圆柱形淋溶装置，其出水口处设置有淋滤液控制阀。
进一步的，机械搅拌装置的搅拌轴与中空淋溶装置的端盖连接处装配有机械密封环。
所述微型压缩气泵、第一CO2吸收瓶、CO2指示瓶中形成进气区，微型压缩气泵用于给整个装置持续稳定的通入空气气流；所述第一CO2吸收瓶，其内装有干燥的碱石灰或强碱水溶液，用于吸收空气气流中的CO2；所述CO2指示瓶，其内装有氢氧化钡溶液，通过浑浊度判定空气气流中是否混有CO2。
外接式布水器为进水区，其内装有设定pH值的淋洗液，可以通过外设的进液控制阀实现稳定的连续进液或者间歇进液。
中空淋溶装置和机械搅拌装置形成淋溶区，中空淋溶装置上部的淋溶区装有一定高度的土壤，用于生物降解高分子材料进行土壤中的生物降解；底部过滤区呈倒圆锥状，其内装有石英砂颗粒，用于过滤淋溶液，以阻止土体和固体状的未降解生物降解高分子材料下渗流出；所述淋溶装置下端底部设置有出水口以及淋滤液出水控制阀，用于排出淋滤液并控制其的排出。所述机械搅拌装置的搅拌轴与淋溶柱端盖连接处装配有机械密封环；所述机械搅拌装置的作用主要是将生物降解高分子材料以及降解产物与土层土壤混合均匀，并促进土体和上方空气层进行气体交换。
滤液收集容器为滤液收集区，用于收集淋滤液。
第二CO2吸收瓶和第三CO2吸收瓶形成气体采集区，内盛有强碱水溶液，用于收集生物降解高分子材料生物降解矿化排出的CO2气体。
另外，本发明还提供上述测试装置的测试方法：
一种用于土壤中生物降解高分子材料降解速率的测试方法，包括如下步骤：
S1. 根据实际测试目的与实验条件，选用相应的土壤和淋洗液，将待测生物降解高分子材料样品与一定高度的土壤混合均匀并置于中空淋溶装置内；
S2. 开启微型压缩气泵、进液控制阀、机械搅拌装置和淋滤液控制阀，根据实际测试目的和实验条件设定进气流量、进液流量、搅拌器转速和出液流量，使生物降解高分子材料在设定条件下在土壤中进行生物降解；
S3. 定期收集滤液收集容器中的淋滤液和第二CO2吸收瓶和第三CO2吸收瓶中的强碱溶液，利用有机碳分析仪或酸碱滴定法测定淋滤液和强碱溶液中的碳含量；降解过程中如发现进气区CO2指示瓶里的氢氧化钡溶液变浑浊，则需要及时更换第一CO2吸收瓶和CO2指示瓶中的碱液；
S4. 重复步骤S3直至生物降解高分子材料完全降解或者达到测试目的所需要的降解率；
S5. 根据测得的数据，按照公式1确定土壤中生物降解高分子材料的生物降解性能和降解速率。
（式1）
式中：
D t ：从试验开始到t时间内土壤中生物降解高分子材料的降解率，用%表示。
m slt ：从试验开始到t时间内生物降解高分子材料处理收集到的所有淋滤液中所含有的碳量，单位为mg。
m sct ：从试验开始到t时间内生物降解高分子材料生物降解过程中释放的所有CO2所含有的碳量，单位为mg。
m blt ：从试验开始到t时间内空白（即土壤中不加生物降解高分子材料）处理收集到的所有淋滤液中所含有的碳量，单位为mg。
m bct ：从试验开始到t时间内空白处理排放的所有CO2所含有的碳量，单位为mg。
m s ：试验开始时加入的生物降解高分子材料的总质量，单位为mg。
w c ：试验开始时加入的生物降解高分子材料的含碳量，由化学分子式决定或由有机碳分析仪测试得到、由元素分析计算得到，用%表示。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
（1）本发明弥补了现有生物降解高分子材料生物降解性能测试标准以及测试方法中土壤培养系统只能与外界进行气体交换的缺陷，能够真实模拟生物降解高分子材料在自然土壤环境中的生物降解过程，从而能够准确评价生物降解高分子材料在自然土壤环境中的生物降解性能。
（2）本发明纠正了高分子材料领域通过矿化表征生物降解高分子材料在土壤中的生物降解性能以及通过CO2释放量表征降解速率的片面错误，明确了生物降解高分子材料在真实土壤-大气系统中的碳迁移转化。
（3）本发明所述测试方法可以方便对土壤、淋滤液和气体取样测试，可解决现有技术存在的装置搭建复杂的问题，能够降低测试成本、简化测试流程、提高生物降解高分子材料土壤中生物降解性能的测试准确度。
附图说明
图1为本发明测试装置的结构示意图。
图中标记如下：
1-微型压缩气泵，2-第一CO2吸收瓶，3- CO2指示瓶，4-外接式布水器，4-1-进液控制阀，5-中空淋溶装置，5-1-待测生物降解高分子材料样品，5-2-土壤，5-3-石英砂颗粒，5-4-淋滤液控制阀，6-机械搅拌装置，7-滤液收集容器，8-第二CO2吸收瓶，9-第三CO2吸收瓶。
实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例
如图1所示，本发明提出的一种用于土壤中生物降解高分子材料降解速率的测试装置，包括进气区、进水区、淋溶区、滤液收集区、气体采集区。其中进气区包括微型压缩气泵1，用于给整个装置持续稳定的通入空气气流；第一CO2吸收瓶2，其内装有干燥的碱石灰或强碱水溶液，用于吸收空气气流中的CO2；CO2指示瓶3，其内装有氢氧化钡溶液，可以通过浑浊度判定空气气流中是否混有CO2。其中进水区为外接式布水器4，其内装有设定pH值的淋洗液，可以通过外设的进液控制阀4-1实现稳定的连续进液或者间歇进液。淋溶区由中空淋溶装置5和机械搅拌装置6构成；所述中空淋溶装置5上部的淋溶区装有一定高度的土壤5-2，用于待测生物降解高分子材料样品5-1进行土壤中的生物降解；底部过滤区呈倒圆锥状，其内装有石英砂颗粒5-3，用于过滤淋溶液，以阻止土体和固体状的未降解生物降解高分子材料下渗流出；空心圆柱形淋溶装置上部装有机械搅拌装置6，其中在搅拌轴与淋溶柱端盖连接处装配有机械密封环，机械搅拌装置用于将生物降解高分子材料以及降解产物与土层土壤混合均匀，并促进土体和上方空气层进行气体交换；中空淋溶装置5下端底部设置有出水口以及淋滤液控制阀5-4，用于排出淋滤液并控制其的排出。其中滤液收集区由滤液收集容器7构成，用于收集淋滤液。其中气体采集区包括盛有强碱的CO2吸收瓶第二CO2吸收瓶8和第三CO2吸收瓶9，用于收集生物降解高分子材料生物降解矿化排出的CO2气体。
实施例
一种利用实施例1所述的用于土壤中生物降解高分子材料的降解速率测试装置的测试方法，包括如下步骤：
S1. 根据实际测试目的与实验条件，选用相应的土壤和淋洗液，以获得期望的生物降解高分子材料的生物降解条件，将待测生物降解高分子材料样品5-1与一定高度的土壤混合均匀，并将所有装置按照图1安装。
S2. 开启微型压缩气泵1、进液控制阀4-1、机械搅拌装置6和淋滤液控制阀5-4，根据实际测试目的和实验条件设定进气流量、进液流量、搅拌器转速和出液流量，使生物降解高分子材料在设定条件下在土壤中进行生物降解。
S3. 定期收集滤液收集容器7中的淋滤液和气体收集区第二CO2吸收瓶8和第三CO2吸收瓶9中的强碱溶液，利用有机碳分析仪或酸碱滴定法测定淋滤液和强碱溶液中的碳含量。降解过程中如发现进气区CO2指示瓶3里的氢氧化钡溶液变浑浊，则需要及时更换进气区第一CO2吸收瓶2和CO2指示瓶3中的碱液。
S4. 重复步骤S3直至生物降解高分子材料完全降解或者达到测试目的所需要的降解率。
S5. 根据测得的数据，按照公式1确定土壤中生物降解高分子材料的生物降解性能和降解速率。
（式1）
式中：
D t ：从试验开始到t时间内土壤中生物降解高分子材料的降解率，用%表示。
m slt ：从试验开始到t时间内生物降解高分子材料处理收集到的所有淋滤液中所含有的碳量，单位为mg。
m sct ：从试验开始到t时间内生物降解高分子材料生物降解过程中释放的所有CO2所含有的碳量，单位为mg。
m blt ：从试验开始到t时间内空白（即土壤中不加生物降解高分子材料）处理收集到的所有淋滤液中所含有的碳量，单位为mg。
m bct ：从试验开始到t时间内空白处理排放的所有CO2所含有的碳量，单位为mg。
m s ：试验开始时加入的生物降解高分子材料的总质量，单位为mg。
w c ：试验开始时加入的生物降解高分子材料的含碳量，由化学分子式决定或由有机碳分析仪测试得到、由元素分析计算得到，用%表示。
基于上述测试方法的步骤，在土壤中生物降解高分子材料的生物降解性能和生物降解速率测试中，所有样品的形状和尺寸均相同，并且其所处的进气流量、进液流量、搅拌器转速和出液流量均一致，保证了降解数据的可对比性，同时可以选择不同的土壤和淋洗液，以实现不同条件下的生物降解性能测试。
实施例
一种利用实施例1所述的用于土壤中生物降解高分子材料降解速率测试装置的测试方法，包括如下步骤：
S1. 研究纤维素生物降解高分子材料在太原地区的生物降解性能。将含有100g碳的纤维素粉末与6Kg取自太原市郊农田并风干和过筛处理后的土壤均匀混合；然后将混匀后的材料和土壤混合物加入到直径为8cm、高度为1.2m的淋溶柱中，第一CO2吸收瓶2中装入20wt%的氢氧化钠溶液，CO2指示瓶3中装入1wt%的氢氧化钡溶液，第二CO2吸收瓶8和第三CO2吸收瓶9中均装入10 wt%的氢氧化钠溶液，外接式布水器4中装入pH=7的去离子水，之后将所有装置按照图1安装。
S2. 开启微型压缩气泵1、进液控制阀4-1、机械搅拌装置6和淋滤液控制阀5-4，将进气流量设定为0.1L/h，进液流量设定为0.05L/h，搅拌器转速设定为10r/min，出液流量设定为0.05L/h。
S3. 分别在第30、60、90、120、150、180和210天收集滤液收集容器7中的淋滤液和气体收集区第二CO2吸收瓶8和第三CO2吸收瓶9中的强碱溶液，利用有机碳分析仪测定淋滤液和强碱溶液中的碳含量。降解过程中如发现进气区CO2指示瓶3中的氢氧化钡溶液变浑浊，则及时更换进气区第一CO2吸收瓶2和CO2指示瓶3中的碱液。
S4. 按照公式1确定出纤维素在第30、60、90、120、150、180和210天的降解率分别为10%、26%、39%、51%、62%、73% 和82%。
Claims (2)
1.一种用于土壤中生物降解高分子材料降解速率的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1. 根据实际测试目的与实验条件，选用相应的土壤和淋洗液，将待测生物降解高分子材料样品（5-1）与一定高度的土壤（5-2）混合均匀并置于中空淋溶装置(5)内；
S2. 开启微型压缩气泵（1）、进液控制阀（4-1）、机械搅拌装置（6）和淋滤液控制阀（5-4），根据实际测试目的和实验条件设定进气流量、进液流量、搅拌器转速和出液流量，使生物降解高分子材料在设定条件下在土壤中进行生物降解；
S3. 定期收集滤液收集容器（7）中的淋滤液和第二CO2吸收瓶（8）和第三CO2吸收瓶（9）中的强碱溶液，利用有机碳分析仪或酸碱滴定法测定淋滤液和强碱溶液中的碳含量；降解过程中如发现进气区CO2指示瓶（3）里的氢氧化钡溶液变浑浊，则需要及时更换第一CO2吸收瓶（2）和CO2指示瓶（3）中的碱液；
S4. 重复步骤S3直至生物降解高分子材料完全降解或者达到测试目的所需要的降解率；
S5. 根据测得的数据，按照公式1确定土壤中生物降解高分子材料的生物降解性能和降解速率；
（式1）
式中：
D t ：从试验开始到t时间内土壤中生物降解高分子材料的降解率，用%表示；
m slt ：从试验开始到t时间内生物降解高分子材料处理收集到的所有淋滤液中所含有的碳量，单位为mg；
m sct ：从试验开始到t时间内生物降解高分子材料生物降解过程中释放的所有CO2所含有的碳量，单位为mg；
m blt ：从试验开始到t时间内空白，即土壤中不加生物降解高分子材料处理收集到的所有淋滤液中所含有的碳量，单位为mg；
m bct ：从试验开始到t时间内空白处理排放的所有CO2所含有的碳量，单位为mg；
m s ：试验开始时加入的生物降解高分子材料的总质量，单位为mg；
w c ：试验开始时加入的生物降解高分子材料的含碳量，由化学分子式决定或由有机碳分析仪测试得到、由元素分析计算得到，用%表示；
用于土壤中生物降解高分子材料降解速率的测试装置，包括通过连接管顺次连接在一起的微型压缩气泵（1）、第一CO2吸收瓶（2）、CO2指示瓶（3）、中空淋溶装置（5）、第二CO2吸收瓶（8）和第三CO2吸收瓶（9）；所述中空淋溶装置（5）的顶部设有端盖，所述端盖的上方设置有外接式布水器（4）和机械搅拌装置（6），外接式布水器（4）通过管路与中空淋溶装置（5）的内部腔体连通，机械搅拌装置（6）的搅拌轴伸入至中空淋溶装置（5）的内部腔体中，位于中空淋溶装置（5）内的搅拌轴设置有搅拌桨；所述第一CO2吸收瓶（2）内装有干燥的碱石灰或强碱水溶液；CO2指示瓶（3）内装有氢氧化钡溶液；外接式布水器（4）内装有设定pH值的淋洗液；中空淋溶装置（5）内部腔体的上部装有一定高度的土壤（5-2）为淋溶区，底部呈倒圆锥状，且内部装有石英砂颗粒（5-3）为过滤区，所述过滤区的底部设置有出水口，所述出水口的下部设置有滤液收集容器（7）；所述第二CO2吸收瓶（8）和第三CO2吸收瓶（9）内部均装有强碱水溶液；外接式布水器（4）与中空淋溶装置（5）内部腔体连通的管路上设置有进液控制阀（4-1）；所述中空淋溶装置（5）为空心圆柱形淋溶装置，其出水口处设置有淋滤液控制阀（5-4）。
2.根据权利要求1所述的一种用于土壤中生物降解高分子材料降解速率的测试方法，其特征在于，机械搅拌装置（6）的搅拌轴与中空淋溶装置（5）的端盖连接处装配有机械密封环。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111395924.2A CN114280271B (zh) | 2021-11-23 | 2021-11-23 | 一种用于土壤中生物降解高分子材料降解速率的测试方法 |
| US17/581,918 US11789005B2 (en) | 2021-11-23 | 2022-01-22 | Device and method for determining degradation rate of biodegradable polymers in soil |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111395924.2A CN114280271B (zh) | 2021-11-23 | 2021-11-23 | 一种用于土壤中生物降解高分子材料降解速率的测试方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114280271A CN114280271A (zh) | 2022-04-05 |
| CN114280271B true CN114280271B (zh) | 2023-12-01 |
Family
ID=80869692
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111395924.2A Active CN114280271B (zh) | 2021-11-23 | 2021-11-23 | 一种用于土壤中生物降解高分子材料降解速率的测试方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11789005B2 (zh) |
| CN (1) | CN114280271B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114280271B (zh) * | 2021-11-23 | 2023-12-01 | 中北大学 | 一种用于土壤中生物降解高分子材料降解速率的测试方法 |
| CN114814184A (zh) * | 2022-05-10 | 2022-07-29 | 中国科学院城市环境研究所 | 一种基于碳13同位素法测定可降解塑料降解率的方法 |
| CN115541845B (zh) * | 2022-09-17 | 2023-04-21 | 生态环境部南京环境科学研究所 | 一种用于生物炭材料原位降解特性研究的装置及应用方法 |
Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2207781A1 (en) * | 1994-12-16 | 1996-06-20 | Cytec Technology Corp. | Systems and methods for biodegradation |
| JP2003112160A (ja) * | 2001-10-05 | 2003-04-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 汚染土壌の浄化装置 |
| JP2003311258A (ja) * | 2002-04-22 | 2003-11-05 | Fuji Photo Film Co Ltd | 微生物による汚染土壌のオンサイト修復方法及び装置 |
| CN1959372A (zh) * | 2006-11-28 | 2007-05-09 | 中北大学 | 超临界流体－聚合物体系流变性能测定仪 |
| CN203768096U (zh) * | 2013-12-31 | 2014-08-13 | 珠海市德莱环保科技有限公司 | 一种曝气生物反滤装置 |
| CN205483733U (zh) * | 2016-03-09 | 2016-08-17 | 永清环保股份有限公司 | 一种快速检测土壤稳定化效果的前处理装置 |
| CN107421819A (zh) * | 2017-06-14 | 2017-12-01 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 除氨氮垃圾土降解压缩观测仪 |
| CN109433811A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-03-08 | 中国科学院地理科学与资源研究所 | 污染土壤修复装置 |
| CN111812089A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-10-23 | 北京林业大学 | 土壤有机碳矿化co2释放量连续测定装置及方法 |
| CN112337559A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-02-09 | 南京清科中晟环境技术有限公司 | 一种有机污染土壤预氧化后耦合生物强化修复装置及方法 |
| CN112816628A (zh) * | 2021-01-26 | 2021-05-18 | 济南迪科瑞仪器有限公司 | 一种全自动可生物土壤降解测试系统及其应用 |
| CN112985957A (zh) * | 2021-02-05 | 2021-06-18 | 湖南省和清环境科技有限公司 | 一种用于实验室土壤淋洗的装置 |
| CN113376362A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-09-10 | 浙江三工匠仪器有限公司 | 一种新型的塑料生物降解测试设备及测试方法 |
| CN113671056A (zh) * | 2020-05-15 | 2021-11-19 | 中国科学院理化技术研究所 | 用于检测高分子材料在海洋环境中的好氧生物降解性能的方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040009610A1 (en) * | 1999-04-29 | 2004-01-15 | The University Of Wyoming Research Corporation D/B/A Western Research Institute | Organic contaminant soil extraction system |
| CN201828552U (zh) * | 2010-03-29 | 2011-05-11 | 中国水产科学研究院东海水产研究所 | 高分子材料水相环境中降解实验装置 |
| CN208648862U (zh) * | 2018-06-26 | 2019-03-26 | 上海化学工业区中法水务发展有限公司 | 废水好氧生物降解实验装置 |
| CN111157440A (zh) * | 2020-01-23 | 2020-05-15 | 北京市理化分析测试中心 | 能够集成收集高分子材料老化产物的老化试验箱及试验方法 |
| CN113755310A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-12-07 | 西咸新区国睿一诺药物安全评价研究有限公司 | 一种应用于生物降解试验的测试系统 |
| CN113917088A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-01-11 | 西南石油大学 | 一种测定含易溶成分的气体检测装置及测试方法 |
| CN114280271B (zh) * | 2021-11-23 | 2023-12-01 | 中北大学 | 一种用于土壤中生物降解高分子材料降解速率的测试方法 |
| CN114544859A (zh) * | 2022-03-11 | 2022-05-27 | 青海师范大学 | 一种连续测定土壤无机碳和有机碳的滴定分析装置及测定方法 |
-
2021
- 2021-11-23 CN CN202111395924.2A patent/CN114280271B/zh active Active
-
2022
- 2022-01-22 US US17/581,918 patent/US11789005B2/en active Active
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2207781A1 (en) * | 1994-12-16 | 1996-06-20 | Cytec Technology Corp. | Systems and methods for biodegradation |
| JP2003112160A (ja) * | 2001-10-05 | 2003-04-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 汚染土壌の浄化装置 |
| JP2003311258A (ja) * | 2002-04-22 | 2003-11-05 | Fuji Photo Film Co Ltd | 微生物による汚染土壌のオンサイト修復方法及び装置 |
| CN1959372A (zh) * | 2006-11-28 | 2007-05-09 | 中北大学 | 超临界流体－聚合物体系流变性能测定仪 |
| CN203768096U (zh) * | 2013-12-31 | 2014-08-13 | 珠海市德莱环保科技有限公司 | 一种曝气生物反滤装置 |
| CN205483733U (zh) * | 2016-03-09 | 2016-08-17 | 永清环保股份有限公司 | 一种快速检测土壤稳定化效果的前处理装置 |
| CN107421819A (zh) * | 2017-06-14 | 2017-12-01 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 除氨氮垃圾土降解压缩观测仪 |
| CN109433811A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-03-08 | 中国科学院地理科学与资源研究所 | 污染土壤修复装置 |
| CN113671056A (zh) * | 2020-05-15 | 2021-11-19 | 中国科学院理化技术研究所 | 用于检测高分子材料在海洋环境中的好氧生物降解性能的方法 |
| CN111812089A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-10-23 | 北京林业大学 | 土壤有机碳矿化co2释放量连续测定装置及方法 |
| CN112337559A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-02-09 | 南京清科中晟环境技术有限公司 | 一种有机污染土壤预氧化后耦合生物强化修复装置及方法 |
| CN112816628A (zh) * | 2021-01-26 | 2021-05-18 | 济南迪科瑞仪器有限公司 | 一种全自动可生物土壤降解测试系统及其应用 |
| CN112985957A (zh) * | 2021-02-05 | 2021-06-18 | 湖南省和清环境科技有限公司 | 一种用于实验室土壤淋洗的装置 |
| CN113376362A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-09-10 | 浙江三工匠仪器有限公司 | 一种新型的塑料生物降解测试设备及测试方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| determination of theaeronic biodegradability of polymeric material in a laboratory controlled composting test;U.pagga等;chemosphere;第4475-4478页 * |
| 生物降解高分子缓释肥在多金属污染土壤中的固定化研究;师巾国;向阳;茹旭东;赵贵哲;刘亚青;;广东农业科学(第03期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US11789005B2 (en) | 2023-10-17 |
| CN114280271A (zh) | 2022-04-05 |
| US20220146489A1 (en) | 2022-05-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114280271B (zh) | 一种用于土壤中生物降解高分子材料降解速率的测试方法 | |
| CN100409012C (zh) | 采用细菌混合菌群快速检测生物降解材料降解性能 | |
| CN103675214B (zh) | 一种测量生化产甲烷潜力的装置和方法 | |
| CN203715641U (zh) | 一种厌氧发酵实验装置 | |
| CN107098467A (zh) | 一种一体式内置式厌氧膜生物反应器 | |
| CN106222074A (zh) | 连续式湿干两级动态厌氧发酵设备 | |
| CN112816628A (zh) | 一种全自动可生物土壤降解测试系统及其应用 | |
| CN207944035U (zh) | 一种双联池式电驱动蚯蚓有氧-污泥堆肥生物反应器 | |
| CN106242221B (zh) | 一种提高剩余污泥厌氧发酵产沼气的方法 | |
| CN113376362A (zh) | 一种新型的塑料生物降解测试设备及测试方法 | |
| CN215866700U (zh) | 一种新型的塑料生物降解测试设备 | |
| CN105645596B (zh) | 一种活性污泥预处理药剂及其制备方法和应用方法 | |
| CN106277364B (zh) | 原位修复富氮地热水效果的模拟实验装置及其实验方法 | |
| Farsad et al. | Methane recovery from the leachate of municipal solid waste landfill by using anaerobic digestion. Case study | |
| CN2871543Y (zh) | 一种沼气发生罐 | |
| CN202881121U (zh) | 一种生产有机复合肥的试验装置 | |
| CN207047061U (zh) | 生态湿地系统及其废水处理装置 | |
| CN105502643A (zh) | 一种微孔曝气器及其制造方法 | |
| AU2020103696A4 (en) | An anaerobic digestion system for leachate after solid-liquid phase separation | |
| CN107063922A (zh) | 一种全自动甲烷潜力测试系统 | |
| CN206601310U (zh) | 一种全自动甲烷潜力测试系统 | |
| CN110590425A (zh) | 一种有氧堆肥反应装置 | |
| CN111925849A (zh) | 一种防堵塞式沼气生物脱硫装置及脱硫方法 | |
| CN200985330Y (zh) | 厌氧型生物反应罐 | |
| CN213469064U (zh) | 有机废弃物处理系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Liu Yaqing Inventor after: Zhao Guizhe Inventor after: Xiang Yang Inventor after: Chen Taian Inventor before: Liu Yaqing Inventor before: Chen Taian Inventor before: Xiang Yang Inventor before: Zhao Guizhe |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |