УДК 502

ББК 20.18

Ж 92

Журова В.Г.

ФГБОУ ВО «Смоленский государственный университет»

 

Эколого-ориентированный проект «Исследование деструкции биоразлагаемых полимеров»

Аннотация. В современном мире остро стоит проблема полимерных отходов, негативно влияющих на окружающую среду. Одним из перспективных направлений в утилизации использованных полимерных изделий является создание биоразлагаемых полимеров. В статье представлены результаты эксперимента по изучению разложения биополимеров в различных средах, моделирующих природные условия. Данные материалы могут быть использованы при организации проектной и исследовательской деятельности учащихся по химии.

Ключевые слова: полимерные материалы, отходы, биополимеры, биоразложение, школьный проект.

 

Zhurova V. G.

Smolensk State University, Russia

 

The project contributing to ecological knowledge «The research of biodegradable polymer destruction»

Annotation. Currently, there is an acute problem of polymer waste influencing the environment in a negative way. The creation of biodegradable polymers is the most perspective and radical solution in processing plastic waste. The article represents the results of the experiment studying the process of biodegradation in various environments. The outcome can be applied to the organization of the project and research activities of the students studying chemistry.

Key words: polymers, bioplastic waste, bioplastic, biopolymers, biodegradation, school project.

Научно-технический прогресс привел к тому, что все мы живем в мире полимеров – уникальных веществ, которые часто называют общим словом «пластик». Обладая комплексом положительных качеств, таких как легкость, простота обработки, стойкость к коррозии, относительная дешевизна и др., синтетические полимеры имеют и ряд недостатков, главный из которых – загрязнение окружающей среды [1]. Большой объем мирового производства полимеров привел к появлению важнейшей проблемы, вызванной необходимостью утилизации отходов [2]. Быстрый рост населения планеты влечет за собой увеличение количества отходов, в том числе пластиковых изделий всех видов. Их чрезвычайная стойкость к влиянию окружающей среды становится настоящей проблемой для современной экологической обстановки, а сжигание подобных отходов приводит к выделению токсичных газов [5].

С 1950 по 2018 год в мире было произведено около 6,3 миллиарда тонн пластика, из них вторичной переработке подверглось 9%, а сожжено около 12 %. Около 5 миллиардов тонн пластика так или иначе попадает в окружающую среду. В самом большом – Тихоокеанском мусорном пятне на квадратный метр поверхности в среднем приходится 5,1 миллиграмма пластика в виде микрочастиц [3].

Проблемы, связанные с использованием пластика, подтолкнули ученых из многих стран задуматься о создании материала, близкого по свойствам к пластмассе, но, в отличие от нее, разлагаемого микроорганизмами и получаемого из воспроизводимых компонентов – например, из растительных полимеров, таких как крахмал, хитин и другие. Биоразрушение полимерных отходов является наиболее экологически безопасным способом их утилизации.

Ухудшение условий окружающей среды является в настоящее время одной из глобальных проблем [2], поэтому экологическое воспитание подрастающего поколения играет все более важную роль. Изучение химии в школе дает возможность формировать экологические знания, а проектная деятельность, которая зачастую носит междисциплинарный характер, выступает одним из наиболее эффективных дидактических инструментов [4]. Школьникам наиболее интересны темы, связанные с жизнью, и экологические проблемы современного мира не оставляют их равнодушными. Тему проекта по химии «Исследование деструкции биоразлагаемых полимеров» предложили сами учащиеся 10 класса.

Цель работы: изучение разложения биополимеров в различных средах, моделирующих природные условия.

Объект исследования: различные виды биоразлагаемых полимеров.

Предмет исследования: способность полимеров к биологической деструкции.

Материалы и методы исследования.

Для изучения деструкции биоразлагаемых полимеров в различных средах мы взяли 3 образца изделий из биоразлагаемых полимеров: образец №1 – ложка из полимолочной кислоты (PLA-пластик), образец №2 – вилка из пластика на основе кукурузного крахмала, образец №3 – гигиенические пакеты для лотков. Ложка была изготовлена на домашнем 3D-принтере, одноразовая вилка (страна-производитель Китай) и биоразлагаемые пакеты для лотков «Солфлекс» (страна-производитель Россия) приобретены в интернет-магазине Wildberries. Состав образца №3 не указан, обращение за информацией в отдел технической поддержки сайта производителя не дал результатов.

О скорости разложения биополимеров в различных средах дает представление уменьшение массы образцов. Взвешивание образцов проводилось на аналитических весах в химической лаборатории Смоленского государственного университета. Масса образцов в начале эксперимента: образец №1 (ложка) – 7,81 г, образец №2 (вилка) – 4,64 г, образец №3 (1/6 часть пакета) – 0,69 г.

Эксперимент по изучению биодеструкции полимеров был проведен в домашних условиях. Изучалось поведение образцов при контакте с водой, воздухом и почвой, в которую было добавлено микробиологическое удобрение «Байкал ЭМ-1» для ускорения разложения. Все образцы выдерживались в почве, воде и на воздухе в течение 120 суток. Взвешивание образцов проводилось трижды: в начале эксперимента, спустя 60 и 120 суток от начала эксперимента.

Результаты и их обсуждение. Исследования показали, что в течение 60 суток масса образцов практически не изменилась, а спустя 120 суток масса всех образцов уменьшилась, т.е. полимеры во всех модельных средах подверглись разложению.

Наиболее благоприятная среда для разложения биополимеров – почва, т.к. масса образцов, помещенных в почву, уменьшилась в среднем на 4,49%. В воде образцы потеряли в среднем 1,38% своей массы. Масса образцов, оставленных на воздухе, уменьшилась в среднем на 0,46%.

С наибольшей скоростью происходит деструкция PLA-пластика, масса образца №1 (ложка) уменьшилась на 7,25%. Масса образца №2 (вилка из пластика на основе кукурузного крахмала) уменьшилась на 3,56%. Образец №3 (пакеты для лотков) разлагается медленнее всего, его масса уменьшилась на 2,66%.

Таким образом, проведенные нами эксперименты показали возможность биодеградации полимеров в различных средах, моделирующих природные условия. Было подтверждено, что биоразлагаемые полимеры могут подвергаться деградации в естественных условиях, хотя скорость деградации достаточно мала и не соответствует заявленной производителями. Данные материалы могут быть использованы при организации проектной и исследовательской деятельности учащихся по химии.

 

Примечания

1.    Биоразлагаемые полимеры современное состояние и перспективы использования / Ф. Ш. Вильданов, Ф. Н. Латыпова, П. А. Красуцкий, Р. Р. Чанышев // Башкирский химический журнал. 2012. № 1.

2.    Дробот Г. А., Кочеткова Е. В. Экологические проблемы как глобальная угроза безопасности // Вестник Московского университета. Сер.: Социология и политология. 2009. № 3. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ekologicheskie-problemy-kak-globalnaya-ugroza-bezopasnosti

3.    Курамшин А. И. Новый разлагаемый полимер // Химия и жизнь. 2019. № 8. С. 11.

4.    Реализация экологического подхода в обучении химии / О. А. Ляпина, Н. В. Жукова, В. В. Панькина [и др.] // Современные проблемы науки и образования. 2019. № 4.

5.    Переработка полимерных отходов в России. URL: http://www.cleandex.ru/articles/2007/11/20/residue_utilization25

________________________________________________________________________________

Журова Виктория Геннадьевна, кандидат педагогических наук, доцент кафедры биологии и химии, ФГБОУ ВО «Смоленский государственный университет», 214000, Смоленская обл., г. Смоленск, ул. Пржевальского, д. 4, vikazhurova@mail.ru

Zhurova Victoria Gennadievna, Candidate of Pedagogical Sciences, Associate Professor, Department of Biology and Chemistry, FSBEIU VO "Smolensk State University", 214000, Smolensk region, Smolensk, Przhevalskogo str. 4, vikazhurova@mail.ru