Abiotická hydrolýza a biodegradace vybraných polyesterů v anaerobním vodném prostředí

Bc. Jiří Černohous

Master's thesis

Abiotic Hydrolysis and Biodegradation of Selected Polyesters in Anaerobic Environment

Abstract:

Diplomová práce je zaměřena na testování abiotické hydrolýzy polybutylen sukcinátu (PBS), polybutylen sukcinát-adipátu (PBSA), polybutylen adipát-tereftalátu (PBAT), polybutylen tereftalátu (PBT), ve vodném pufrovaném prostředí (pH 7,02) při teplotách 37°C, 58°C a 70°C a na biorozložitelnosti PBSA v anaerobním mezofilním a termofilním prostředí. Abiotická hydrolýza byla vyhodnocena na základě celkového organického uhlíku rozpuštěného v kapalné fázi po hydrolýze, z hlediska hmotnostního úbytku vzorků po hydrolýze a pomocí ATR-FTIR spektroskopie. Na základě těchto provedených analýz bylo zjištěno, že stupeň hydrolýzy PBS, PBSA, PBAT roste se zvyšující se teplotou. Dále bylo zjištěno, že PBT abiotické hydrolýze nepodléhá. Anaerobní biodegradace PBSA v mezofilním a termofilním prostředí byla vyhodnocena na základě produkce metanu a oxidu uhličitého v plynné fázi pomocí plynové chromatografie, pomocí hmotnostního úbytku PBSA po biodegradaci, ATR-FTIR spektroskopie a za pomoci diferenciální skenovací kalorimetrie. Bylo zjištěno, že za mezofilních podmínek (37 °C) dosáhla biodegradace PBSA 22,31 %. Za termofilních podmínek (58 °C) dosáhla biodegradace PBSA 34,04 %. ATR-FTIR spektroskopie prokázala, že s rostoucí teplotou a dobou expozice PBSA dochází k postupnému poklesu absorbance funkční skupiny C=O. Diferenciální skenovací kalorimetrie odhalila změny v kinetice krystalizace PBSA. K těmto změnám došlo v důsledku biodegradace PBSA.

Abstract:

This thesis is focused on the testing of abiotic hydrolysis of polybutylene succinate (PBS), polybutylene succinate adipate (PBSA), polybutylene terephthalate adipate (PBAT), polybutylene terephthalate (PBT) in aqueous buffer (pH = 7,02) at temperatures 37 °C, 58 °C and 70 °C, and biodegradability of PBSA in anaerobic mesophilic and thermophilic environment. Abiotic hydrolysis was evaluated based on the total organic carbon dissolved in the liquid phase after hydrolysis, with respect to weight loss of the samples after hydrolysis and using ATR-FTIR spectroscopy. These analyses revealed that the degree of hydrolysis of PBS, PBSA, PBAT increases with increasing temperature. Furthermore, it was found that PBT cannot be subject to abiotic hydrolysis. Anaerobic biodegradation of PBSA in mesophilic and thermophilic environment was evaluated by the production of methane and carbon dioxide in the gas phase by gas chromatography, using weight loss after biodegradation, ATR-FTIR spectroscopy, and using differential scanning calorimetry. It was found that under mesophilic conditions (37 °C) the biodegradation of PBSA reached 22,31 %. Under thermophilic conditions (58 °C) the biodegradation of PBSA reached 34,04 %. ATR-FTIR spectroscopy demonstrated that with increasing temperature and time of exposure of PBSA the system shows a gradual decrease in the absorbance of the functional group C=O. Differential scanning calorimetry revealed changes in the kinetics of crystallization of PBSA. These changes occurred due to biodegradation PBSA.

Keywords

Polybutylen sukcinát (PBS), polybutylen sukcinát-adipát (PBSA), polybutylen adipát-tereftalát (PBAT), polybutylen tereftalát (PBT), polyester, anaerobní mezofilní biodegradace, anaerobní termofilní biodegradace, abiotická hydrolýza

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 5. 2016

Accessible from:: 16. 5. 2016

Thesis defence

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Technology

Master programme / field:
Chemistry and Materials Technology / Environmental Protection Engineering