簡(jiǎn)介

可降解塑料領(lǐng)域方興未艾，有廣闊的市場(chǎng)空間。塑料是現(xiàn)代化工行業(yè)最重要的材料之一，但是因生產(chǎn)使用導(dǎo)致的“白色污染”問(wèn)題被廣泛關(guān)注。唯有可降解塑料可以根本性解決白色污染問(wèn)題，其中 PLA 和 PBAT 性能優(yōu)良、生產(chǎn)技術(shù)較成熟、產(chǎn)業(yè)化程度較高，是未來(lái)行業(yè)發(fā)展主流，發(fā)展前景巨大。市面上大規(guī)模使用的可降解塑料產(chǎn)品都經(jīng)過(guò)了改性或復(fù)合，比如商超大規(guī)模使用的可降解塑料袋就是 PLA 與 PBAT 的復(fù)合材料。

聚乳酸（PLA）是一種新型的生物基及可再生生物降解材料，使用可再生的植物資源（如玉米、木薯等）所提出的淀粉原料制成。淀粉原料經(jīng)由糖化得到葡萄糖，再由葡萄糖及一定的菌種發(fā)酵制成高純度的乳酸，再通過(guò)化學(xué)合成方法合成一定分子量的聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物在特定條件下降解，最終生成二氧化碳和水，不污染環(huán)境。

PBAT(Polybutylene Adipate Terephthalate) 是聚己二酸對(duì)苯二甲酸丁二醇酯的縮寫，它是一種極易生物降解的材料，用 PBAT 制成的產(chǎn)品在天然微生物和細(xì)菌的幫助下很容易分解。

本篇應(yīng)用文章介紹了一種從農(nóng)業(yè)土壤中提取可生物降解的聚合物（PBAT）和聚乳酸（PLA）的方法，使用步琦萃取儀 E-800 對(duì)樣品進(jìn)行提取，該方法能夠?qū)?PBAT 和 PLA 進(jìn)行精確定量。

在生物降解研究中能夠長(zhǎng)期跟蹤這些覆蓋膜在土壤中的生物降解情況，也是為了量化在反復(fù)施用過(guò)這些產(chǎn)品的農(nóng)田中農(nóng)業(yè)土壤中可生物降解聚酯的含量。最近的一項(xiàng)研究表明，索氏提取法結(jié)合核磁共振波譜法可用于農(nóng)業(yè)土壤中可生物降解的聚乳酸（PBAT）的含量測(cè)定(Nelson et al., 2020 [1])。

在生物降解過(guò)程中，在氧氣存在的情況下，聚合物中的碳(C_polymer)被微生物利用，形成二氧化碳(CO₂)和新的微生物生物量(C_{microbial biomass})（如下方程）：

實(shí)驗(yàn)設(shè)備

• 索氏萃取儀 E-800 Pro

• 分析天平（精度 ±0.05 mg）

• 核磁共振波譜儀（Bruker Avance III 400 MHz ）

• 冷凍干燥機(jī)（BUCHI L-250）

化學(xué)品與材料

堆肥與聚合物：

• 6S 級(jí)參考農(nóng)業(yè)用土，篩分至＜2mm

• 可生物降解的覆蓋膜，含 56.3% 的 PBAT 和 13.7% 的PLA

實(shí)驗(yàn)過(guò)程

從土壤中對(duì)可生物降解地膜中的聚乳酸（PBAT）和聚乳酸（PLA）進(jìn)行提取和分析包括以下步驟：

1. 土壤的冷凍干燥和加標(biāo)

2. 使用索氏萃取儀 E-800 進(jìn)行提取

3. 蒸發(fā)至干

4. 用內(nèi)標(biāo)法在 CDCl₃ 中重建提取物

5. 通過(guò)核磁共振對(duì)聚乳酸（PLA）和聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）進(jìn)行定量分析

4.1 土壤的冷凍干燥處理

1. 土壤篩分后取 100g/份進(jìn)行冷凍干燥

2. 將 11g 凍干后的土壤稱入萃取紙濾筒中，并記錄確切的重量。

3. 在樣品中加入標(biāo)稱量為 3.7、8、17.7、37.2、79.7和177.2mg 的聚合膜（對(duì)應(yīng)于2.1、4.5、10、21、45 和 100mg PBAT 和 0.5、1.1、2.4、5.1、10.9 和 24.3mg PLA）。

4.2 使用索氏萃取儀 E-800 進(jìn)行索氏提取

根據(jù)下表中列出的參數(shù)啟動(dòng)索氏提取

4.3 通過(guò)核磁共振氫譜對(duì)聚乳酸（PLA）和聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）進(jìn)行定量分析

結(jié)果

從堆肥中提取的 PBAT 的氫譜如圖2所示（在堆肥中分別添加 2mg 和 21mg PBAT 的一個(gè)選定樣品）

根據(jù) Nelson et al., 2020[1]，將內(nèi)標(biāo) DMB 與 PBAT 和 PLA 的光譜峰下面積進(jìn)行積分，得到提取的 PBAT 和 PLA 的質(zhì)量。

表3概述了使用 E-800 對(duì)添加不同量地膜的樣品提取 PBAT 和 PLA 的量，計(jì)算的回收率及其標(biāo)準(zhǔn)如表3和圖3所示。

PBAT 和 PLA 的回收率都在可接受的范圍內(nèi)，PLA 從 92% 到 101%，PBAT 的平均回收率為 100.8%，PLA 的平均回收率為 101.5%，這些結(jié)果表明，PBAT 和 PLA 都是定量提取，而不需要對(duì)提取物進(jìn)行純化（即土壤中的有機(jī)質(zhì)對(duì) PBAT 和 PLA 的干擾很?。?/span>

結(jié)論

使用索氏萃取儀 E-800 從農(nóng)業(yè)土壤中提取含聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）和聚乳酸（PLA）的生物可降解覆蓋膜，能夠?qū)BAT 和 PLA 進(jìn)行可靠且精確的定量分析，zui低檢測(cè)濃度約為每11 g干燥土樣含2 mgPBAT和 0.5mgPLA，且該方法可擴(kuò)展到其他聚合物的測(cè)定分析過(guò)程。

參考文獻(xiàn)

1. Nelson, T. F., S.C. Remke, H.-P. E. Kohler, K. McNeill, and M. Sander; Quantification of Synthetic Polyesters from Biodegradable Mulch Films in Soils. Environmental Science & Technology 2020 54 (1), 266-275; DOI: 10.1021/acs.est.9b05863