基于透析袋法分析生物降解塑料及微塑料动态变化的方法技术

本发明专利技术公开了基于透析袋法分析生物降解塑料动态变化的方法，包括以下步骤：步骤一、原位降解实验：选择不同材质的生物降解塑料作为塑料样品，将不同材质的塑料样品分别投放在已处理后的透析袋内；步骤二、确定取样时间；步骤三、生物降解塑料降解机制分析：分析透析袋内降解大分子与对应材质的生物降解塑料的降解和微生物生长特性的关系，推测不同材质的生物降解塑料在淡水环境下的降解机制。以及基于透析袋法分析微塑料动态变化的方法，包括上述步骤一和步骤二，还包括步骤三、微塑料变化规律分析：通过透析袋收集降解产生微塑料并对其进行定性定量表征，分析微塑料的形成速率、粒径分布与表面性质，得出微塑料形成和变化的一般规律。规律。规律。

【技术实现步骤摘要】
基于透析袋法分析生物降解塑料及微塑料动态变化的方法


[0001]本专利技术涉及环境分析的
，具体涉及基于透析袋法分析生物降解塑料及微塑料动态变化的方法。

技术介绍

[0002]在全球范围内，随着塑料和微塑料污染的日益严重，消费者和制造商争相寻找替代材料，利用生物可降解塑料（Biodegradable plastics，BPs）替代常规塑料的关注与日俱增。据估计，全球生物塑料生产能力将从2018年的211万吨增加到2023年的262万吨。
[0003]但是，BPs是否能解决塑料所带来的环境危机仍不确定。研究表明，BPs可以被生物降解，但降解过程需要特定的条件，而在自然生态系统中，并没有特定的条件，导致生物降解速度明显放缓。
[0004]虽然BPs比传统塑料分解更快，但是，已有文献表明BPs在土壤和海洋环境中降解缓慢，其分解产生的微塑料对摄入的生物体、生态系统功能产生负面影响。与传统的微塑料相比，BPs甚至具有更强的污染物和微生物及抗性基因载体的能力。如果不能保证降解产生的碎片在短时间内被微生物完全吸收，设计的BPs可能比不可生物降解塑料对环境造成更大的破坏。
[0005]因此，在BPs在分解过程中，需要获得其分解的时间及分解程度的信息，而这些信息是理解BPs环境行为及潜在生态风险的重要基础。然而，现在大多数研究还停留实验室内，塑料在淡淡水环境中原位降解裂解生成微塑料的信息非常有限，且缺乏相应的方法对微塑料进行分析，不能直接获得BPs在淡水生境中微塑料降解变化，以及获得不同BPs的降解机制及影响降解的关键因子，因此，需要设定一种能够预测BPs在实际环境中降解情况，并更好地评估其在环境中的行为和生态风险的基于透析袋法分析生物降解塑料及微塑料动态变化的方法。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种能够预测BPs在实际环境中降解情况，并更好地评估其在环境中的行为和生态风险的基于透析袋法分析生物降解塑料及微塑料动态变化的方法。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：基于透析袋法分析生物降解塑料动态变化的方法，包括以下步骤：步骤一、原位降解实验：选择不同材质的生物降解塑料作为塑料样品，将不同材质的塑料样品分别投放在已处理后的透析袋内，一种材质的塑料样品对应一个透析袋，并将透析袋通过装置原位固定于淡水环境中，且位于水下0.5
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1m的位置，隔时取样检测；步骤二、确定取样时间：将步骤一中的塑料样品隔时取样检测时，以一段时间为取样检测周期，取样周期检测包括前期和后期，其中，前期为每两周检测一次，后期为每一周检测一次；
步骤三、生物降解塑料降解机制分析：将步骤二中不同时间段采集的塑料样品从透析袋中取出，进行干燥处理，对不同材质生物降解塑料的降解速率、生物膜、热性能和表面基团进行随时间变化的物理机制、化学机制和生物机制的表征分析；再取透析袋中的部分水样，进行过滤和固相萃取处理后，采用气质联用仪分析水样中塑料样品降解产生的降解大分子，结合表征分析结果，分析透析袋内降解大分子与对应材质的生物降解塑料的降解和微生物生长特性的关系，推测不同材质的生物降解塑料在淡水环境下的降解机制。
[0008]进一步，在步骤三中，所述物理机制包括采用重量损失、分子量变化和热重分析方法用于获取不同材质生物降解塑料的降解速率表征；所述化学机制包括采用SEM
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EDS观察生物降解塑料表面的物理损伤、结构改变以及材料表面C/O比例用于获取不同材质生物降解塑料的生物膜表征，以及采用FTIR和XPS用于获取不同材质生物降解塑料的表面基团变化表征；所述生物机制包括采用多重染色
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激光共聚焦荧光显微镜观察生物降解塑料表面的生物膜生长和变化，并采用分光光度法对生物膜进行定量表征，结合16SrDNA分析生物膜的主要微生物群落。
[0009]结合表征结果，推测不同材质生物降解塑料在淡水环境下的降解机制；分析生物降解塑料聚合物特性、生物膜的生长速率、温度、干湿状态等因子与生物降解塑料降解裂解的关系；采用主成分分析、关联分析和非参数多元方差分析等方法，进行深度挖掘，筛选主要因子，开展数据拟合，建立数学模型，阐明影响降解的关键因子，并对不同生物降解塑料在淡水环境中的降解速率进行合理预测。
[0010]进一步，表面基团为生物降解塑料不同部位羰基、羟基和碳碳双键变化表征。
[0011]基于透析袋法分析微塑料动态变化的方法，包括以下步骤：步骤一、原位降解实验：选择不同材质的生物降解塑料作为塑料样品，将不同材质的塑料样品分别投放在已处理后的透析袋内，一种材质的塑料样品对应一个透析袋，并将透析袋通过装置原位固定于淡水环境中，且位于水下0.5
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1m的位置，隔时取样检测；步骤二、确定取样时间：将步骤一中的塑料样品隔时取样检测时，以一段时间为取样检测周期，取样周期检测包括前期和后期，其中，前期为每两周检测一次，后期为每一周检测一次；步骤三、微塑料变化规律分析：在步骤二中不同时间段取样检测的过程中，收集不同材质的塑料样品分解的塑料碎片，采用微孔滤膜进行过滤得到不同材质的微塑料，对不同材质的微塑料进行物理性质和化学性质随时间变化的表征分析，结合表征分析结果，分析对应材质的微塑料和环境因素与微塑料形成的速率、粒径分布和微塑料表面性质之间的关系，得到微塑料形成和变化的一般规律。
[0012]进一步，在步骤三中，物理性质的变化包括采用荧光显微镜和粒子计数器观察微塑料数量的变化，以及采用SEM
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EDS观察微塑料的形貌、粒径分布的变化；化学性质的变化包括采用XPS、显微红外系统、zeta电位观察微塑料的表面基团和电荷的变化，以及采用总有机碳测定仪测定塑料降解产生的可溶性有机碳和不可溶性有机碳，间接表征微塑料释放的质量。
[0013]通过表征结果，采用主成分分析、关联分析和非参数多元方差分析等方法，得出塑料组成、环境因素等与微塑料形成的速率、粒径分布和微塑料表面性质等的关系，进一步阐明微塑料形成和变化的一般规律，并估算微塑料在环境中的累积速率，对微塑料在淡水环
境中的变化趋势进行合理预测。
[0014]进一步，在步骤一中，准备矩形框结构的铁丝笼，将多个透析袋装入原位淡水环境中的水溶液，相邻的透析袋间隔设置，再将铁丝笼置于原位淡水环境的水体中稳定4小时；再将铁丝笼取出，将不同材质的生物降解塑料进行裁剪得到塑料薄膜，将不同材质的塑料薄膜分别放入透析袋内，密封后，再将铁丝笼固定在原位淡水环境中。
[0015]这样设计，将不同材质的生物降解塑料进行裁剪得到不同材质的塑料薄膜是为了便于实验过程中取样，由于透析袋具有一定的孔隙，便于水体能够浸入透析袋内，透析袋内的塑料薄膜在降解时便于透析袋内外的大分子能自由出入，实现物质和能量的交换，但塑料薄膜降解的微塑料是不会流失，会保留在透析袋内；在透析袋置于原位淡水环境的水体中稳定4小时，是为了让透析袋适应水体。
[0016]进一步，在步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于透析袋法分析生物降解塑料动态变化的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、原位降解实验：选择不同材质的生物降解塑料作为塑料样品，将不同材质的塑料样品分别投放在已处理后的透析袋内，一种材质的塑料样品对应一个透析袋，并将透析袋通过装置原位固定于淡水环境中，且位于水下0.5
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1m的位置，隔时取样检测；步骤二、确定取样时间：将步骤一中的塑料样品隔时取样检测时，以一段时间为取样检测周期，取样周期检测包括前期和后期，其中，前期为每两周检测一次，后期为每一周检测一次；步骤三、生物降解塑料降解机制分析：将步骤二中不同时间段采集的塑料样品从透析袋中取出，进行干燥处理，对不同材质生物降解塑料的降解速率、生物膜、热性能和表面基团进行随时间变化的物理机制、化学机制和生物机制的表征分析；再取透析袋中的部分水样，进行过滤和固相萃取处理后，采用气质联用仪分析水样中塑料样品降解产生的降解大分子，结合表征分析结果，分析透析袋内降解大分子与对应材质的生物降解塑料的降解和微生物生长特性的关系，推测不同材质的生物降解塑料在淡水环境下的降解机制。2.根据权利要求1项所述的基于透析袋法分析生物降解塑料动态变化的方法，其特征在于，在步骤一中，准备矩形框结构的铁丝笼，将多个透析袋装入原位淡水环境中的水溶液，相邻的透析袋间隔设置，再将铁丝笼置于原位淡水环境的水体中稳定4小时；再将铁丝笼取出，将不同材质的生物降解塑料进行裁剪得到塑料薄膜，将不同材质的塑料薄膜分别放入透析袋内，密封后，再将铁丝笼固定在原位淡水环境中。3.根据权利要求1所述的基于透析袋法分析生物降解塑料动态变化的方法，其特征在于，在步骤一中，所述透析袋为分子截留量为3.5KD、10KD和500KD的透析袋，每种塑料薄膜分别放入三种不同分子截留量的透析袋内。4.根据权利要求1所述的基于透析袋法分析生物降解塑料动态变化的方法，其特征在于，在步骤一中，所述透析袋采用再生纤维透析袋或聚偏氟乙烯透析袋。5.根据权利要求1所述的基于透析袋法分析生物降解塑料动态变化的方法，其特征在于，在步骤二中，每次采样时，记录和测定原位淡水环境的水体的温度、pH值、溶解氧和电导率数据。6.根据权利要求1所述的基于透析袋法分析生物降解塑料动态变化的方法，其特征在于，在步骤三中，所述物理机制包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙姣霞，向红，周瑶，郑涵月，姜学婷，胡莺，樊建新，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：