环境中聚乙烯残留物的高效分离与检测

摘要

新型地膜材料技术和加工技术的不断进步，使得地膜从过去的块状崩解实现了“米汤”状“溶解”入土壤环境，对土壤环境和作物生长的影响大幅度降低，然而“溶解”后的粉末状聚乙烯残余物是否继续降解成为新一轮争议的热点。本课题旨在探究一种研究土壤中聚乙烯残留物降解行为的有效手段，同时为可降解地膜的开发提供一些有意义的参考。本研究在国家科技支撑计划课题(批准号:2007BAE42B04)的资助下，主要针对环境降解地膜降解后产物的提取及检测进行了研究，从聚乙烯本身的溶解性质出发，研究了环境中聚乙烯残留物的提取方法和检测方法，并通过实际应用来验证其可行性。结果表明:
　　1.三检测器联用的高温凝胶渗透色谱是检测聚乙烯的分子量及其分布的有效手段，一份样品连续进样8次，其Mw，Mn，峰面积的RSD分别为1.3％，0.5％和0.3％，说明仪器精密度良好;对3份样品进行测定，其Mw，Mn，峰面积的RSD分别为0.4％，5.9％，0.6％，说明仪器的重复性良好;测得LLDPE的Mw为117443，分散系数为4.0，PEW1的Mw为4892，分散系数为10.5，PEW2的Mw为3536，分散系数2.0。
　　2.聚乙烯溶解性质研究结果表明:聚乙烯在混合溶剂中的溶解度优于纯溶剂，筛选的最佳溶剂为正庚烷:甲苯=2∶8(V/V);溶解温度和溶解时间对LLDPE的析出率几乎没什么影响，溶解温度超过180℃后会对LLDPE结构产生一定影响;聚乙烯溶解后静置16h析出率最高，最佳析出条件是-20℃+无水乙醇。
　　3.对加热回流提取法，土壤消解法和高温索式提取法的提取率和聚乙烯结构的影响两方面进行了对比，结果表明:三种提取方法对分子量5000左右的PEW的回收率分别为:95％，80％和92％;红外，XRF，TG，DSC，高温凝胶渗透色谱等结果表明，三种方法各有优劣;最后通过对操作流程，适用范围，安全性等方面的对比，选择高温索式提取作为最佳提取方法。
　　4.通过高温索式提取法对土壤中的三种聚乙烯进行了提取，分别研究了提取时间对提取率以及聚乙烯结构的影响，聚乙烯与土壤比例对提取率的影响以及土壤类型对提取率的影响。结果表明:三种聚乙烯的提取率都是随提取时间的增加而增大的，到一定时间后，提取率趋于稳定，其中PEW1和PEW2在2.5h后提取率到达最大，分别达到92.5％和75.9％，而LLDPE在4h后提取率达到75％，并且提取时间对聚乙烯结构无太大影响;聚乙烯与土壤的比例以及土壤类型对聚乙烯的提取率都没有显著的影响，表明高温索式提取法稳定可靠，作为聚乙烯残留物的提取方法是可行的。
　　5.将聚乙烯残留物的提取及检测方法应用于根窖实验和堆肥实验中，以考察此种方法的实际可行性。结果表明，LLDPE在根窖的土壤中埋藏3年后，结构和分子量均未发生较大变化;PEW在中坑埋藏3年后，也未发生明显降解，在深坑中埋藏3年后，出现了羰基峰，说明其发生了降解。在室内堆肥实验中，光降解粉末出现了明显的羰基峰和分子量下降，说明在堆肥4个月和6个月均发生了不同程度的降解;而普通粉末则没有明显的变化，说明了LDPE和LLDPE本身结构稳定，不易降解。在室外堆肥实验中，光降解粉末在堆肥6个月后出现了羰基峰和分子量下降，说明发生了一定程度的降解，而普通粉末则没有明显的变化。
　　综上所述，利用高温索式提取法对环境中聚乙烯残留物进行提取是可行的，利用红外，DSC，高温凝胶渗透色谱等表征手段来检测聚乙烯结构变化也是有效的，将提取方法和检测方法结合起来可以作为一种研究环境中聚乙烯残留物降解行为的有效手段。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 前言

1．2 可降解塑料的降解性能研究现状

1．2．1 聚乙烯的理化性质

1．2．2 聚乙烯塑料的可降解性研究进展

1．2．3 国内外可降解塑料标准及试验评价方法

1．2．4 可降解塑料存在的一些问题

1．3 环境中有机污染物的富集分离及分析检测方法

1．3．1 样品前处理技术

1．3．2 检测技术

1．4 课题来源及主要研究内容

1．4．1 课题来源

1．4．2 课题主要研究内容

1．5 本课题的创新点及意义

1．5．1 创新点

1．5．2 意义

2 高温凝胶渗透色谱测试聚乙烯分子量研究

2．1 引言

2．2 试验试剂及仪器

2．2．1 试验试剂

2．2．2 仪器设备

2．3 材料与方法

2．3．1 色谱条件

2．3．2 样品制备

2．4 结果与讨论

2．4．1 仪器参数校正

2．4．2 精密度考察

2．4．3 重复性考察

2．4．4 样品测试

2．5 小结

3 聚乙烯溶解性质的探究

3．1 引言

3．2 试验试剂及仪器

3．2．1 试验试剂

3．2．2 仪器设备

3．3 材料与方法

3．3．1 聚乙烯在不同溶剂中的溶解度探究

3．3．2 溶解温度对析出率和聚乙烯结构的影响

3．3．3 溶解时间对析出率和聚乙烯结构的影响

3．3．4 聚乙烯从溶剂中的析出探究

3．3．5 测试条件

3．4 结果与讨论

3．4．1 聚乙烯在不同溶剂中的溶解度探究

3．4．2 溶解温度对析出率和聚乙烯结构的影响

3．4．3 溶解时间对析出率和聚乙烯结构的影响

3．4．4 聚乙烯从溶剂中的析出探究

3．5 小结

4 聚乙烯残留物提取方法的筛选

4．1 引言

4．2 试验试剂及仪器

4．2．1 试验试剂

4．2．2 仪器设备

4．3 材料与方法

4．3．1 模拟土壤中的聚乙烯残留组分

4．3．2 加热回流法

4．3．3 土壤消解法

4．3．4 高温索式提取法

4．3．5 红外吸收光谱测定

4．3．6 X射线荧光分析

4．3．7 热重分析

4．3．8 DSC分析

4．3．9 高温凝胶渗透色谱分析

4．4 结果与讨论

4．4．1 三种方法的提取率比较

4．4．2 红外光谱结果比较

4．4．3 X射线荧光结果比较

4．4．4 热重结果分析

4．4．5 DSC结果比较

4．4．6 高温凝胶渗透色谱结果比较

4．4．7 三种提取方法综合比较

4．5 小结

5 高温索式法对聚乙烯残留物的提取

5．1 引言

5．2 试验试剂及仪器

5．2．1 试验试剂

5．2．2 仪器设备

5．3 材料与方法

5．3．1 提取时间对提取率和聚乙烯结构的影响

5．3．2 土壤与聚乙烯比例对提取率的影响

5．3．3 土壤类型对提取率的影响

5．3．4 测试条件

5．4 结果与讨论

5．4．1 提取时间对提取率和聚乙烯结构的影响

5．4．2 土壤和聚乙烯比例对提取率的影响

5．4．3 土壤类型对提取率的影响

5．5 小结

6 聚乙烯残留物提取及检测方法的应用

6．1 引言

6．2 试验试剂及仪器

6．2．1 试验试剂

6．2．2 仪器设备

6．3 材料与方法

6．3．1 根窖实验

6．3．2 室内堆肥实验

6．3．3 室外堆肥实验

6．3．4 提取条件

6．3．5 测试条件

6．4 结果与讨论

6．4．1 根窖实验结果

6．4．2 室内堆肥实验结果

6．4．3 室外堆肥实验结果

6．5 小结

结语

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及研究成果