Biodegradace polymerních materiálů v termofilním anaerobním prostředí

Bc. Lukáš Kostka

Diplomová práce

Biodegradability of Polymers in Thermophilic Anaerobic Environment

Anotace:

Diplomová práce je zaměřena na testování biorozložitelnosti vybraných polyesterů (poly-butylen sukcinát, Ecoflex a Ecoflex s plnivy) v anaerobních podmínkách. Testování bylo uskutečněno v termofilním prostředí při 55 °C. Degradace polyesterů byla vyhodnocena na základě produkce oxidu uhličitého a metanu v plynné fázi pomocí plynové chromatografie a z hlediska změny kinetiky krystalizace pomocí diferenční skenovací kalorimetrie. Bylo zjištěno, že polybutylen sukcinát je schopen se v anaerobních termofilních podmínkách rozkládat, zatímco Ecoflex vykazuje velmi malé procento rozložitelnosti. Obohacení Ecoflexu o snadno rozložitelná plniva však významně vede ke zlepšení rozložitelnosti. Sledován byl také vliv zaočkování kalu a vliv různých forem polybutylen sukcinátu (tenká fólie, tlustá fólie, prášek) na výslednou degradaci. Výsledky prokázaly, že zaočkování kalu může vést ke zlepšení procesu biodegradace. Zaočkování se projeví také v počáteční rych-losti rozkladu, kdy se významně zkrátí lagová fáze. U tlusté fólie polybutylen sukcinátu bylo dosaženo většího procenta odstranění než u jiných forem polybutylen sukcinátu. Vedle testování v anaerobních podmínkách probíhala i hydrolytická degradace polyesterů v prostředí fosfátového pufru při 55 °C. Bylo zjištěno, že polybutylen sukcinát a Ecoflex s plnivy je možné do určité míry hydrolyticky degradovat, zatímco Ecoflex je vůči hydro-lýze zcela netečný. Diferenční skenovací kalorimetrie odhalila změnu v kinetice krystalizace u polybutylen sukcinátu, která byla způsobena proběhlou degradací. Kinetika krystalizace u Ecoflexu zůstala po proběhlém testování degradace beze změny. Součástí práce jsou snímky pořízené pomocí skenovacího elektronového mikroskopu, které potvrzují výsledky jednotlivých experimentů.

Abstract:

The thesis is focused on testing the biodegradability of selected polyesters (polybutylene succinate, Ecoflex and Ecoflex with fillers) in anaerobic conditions. Testing was carried out in the thermophilic environment at 55 ° C. Degradation of the polyesters was evaluated by the production of carbon dioxide and me-thane in the gas phase by gas chromatography and by changes in the kinetics of crystalliza-tion by differential scanning calorimetry. It was found that the polybutylene succinate is able to degrade in anaerobic thermophilic conditions, while Ecoflex has a very small per-centage of degradation. The addition of easily degradable fillers can improve the biodegra-dability od Ecoflex. Influence of the inoculation of sludge and the influence of different forms of polybutylene succinate (thin film, thick film, powder) was also studied on the resulting degradation. The results showed that the inoculation sludge can improve the process of biodegradation. The inoculation of sludge is also reflected in the initial speed of disintegration which signifi-cantly shortens a lag phase. For thick film of polybutylene succinate was achieved greater percentage removal than other forms. Besides testing in anaerobic conditions was carried out the hydrolytic degradation of poly-esters in phospate buffer at 55 °C. It was found that the polybutylene succinate and Ecoflex with fillers can be to a certain degree hydrolytically degraded while Ecoflex is against hydrolysis completely indifferent. Differential scanning calorimetry revealed a change in the kinetics of crystallization at the polybutylene succinate which was caused by elapsed degradation. Kinetics of crystalliza-tion at the Ecoflex remained after testing of degradation unchanged. The thesis includes images taken using a scanning electron microscope which confirm the the results of individual experiments.

Klíčová slova

polybutylen sukcinát, Ecoflex, biodegradace, anaerobní termofilní podmínky, zaočkování kalu, kinetika krystalizace

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 15. 5. 2014

Zveřejnit od: 15. 5. 2014

Obhajoba závěrečné práce

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Fakulta technologická

Magisterský studijní program / obor:
Chemie a technologie materiálů / Inženýrství ochrany životního prostředí