Stanovení biomikroplastů v půdě a čistírenském kalu pomocí evolved gas analysis

Determination of biomicroplastics contamination in soil and sewage sludge using evolved gas analysis

abstract

Czech

V roce 2016 bylo vyrobeno 335 miliónů tun plastového materiálu [1]. Plasty jsou v praxi využívány především kvůli svým výborným užitným vlastnostem, mezi které patří například stabilita vůči chemikáliím, hydrolýze, mikroorganismům, světlu, teplu, nízká hustota a mechanické vlastnosti [2]. Některé tyto vlastnosti ale způsobují problémy při zpracování nebo likvidaci plastového odpadu. V důsledku toho pouze 9 % všech plastů, které byly za posledních 65 let vyrobeny bylo zrecyklováno, 12 % bylo spáleno ve spalovnách a zbylých 79 % bylo uloženo ve skládkách. Zbytek tedy skončí v přírodě [3]. Současné výzkumy odhadují, že se v oceánech nachází 5 biliónů plastových kousků vážících dohromady 250 miliónů tun a každý rok přibývá dalších 8 miliónů tun [4, 5]. V půdě jsou odhady koncentrace mikroplastů složitější, a to především kvůli komplikované extrakci mikroplastů z půdy. I proto existuje v současnosti pouze minimum studií zaměřených na stanovení koncentrace mikroplastů v půdě [6]. Nicméně, některé odhady uvádějí, že koncentrace mikroplastů v terestrických ekosystémech může být 4 až 23násobně vyšší než ve vodních [7]. Konvenční plasty degradují velmi pomalu ve všech složkách životního prostředí, jejich postupný rozklad vede k tvorbě mesoplastů (velikost nejdelšího rozměru 1 až 10 mm), mikroplastů (1 až 1000 μm) a nanoplastů (1 až 1000 nm) [8]. Jakmile se mikroplast dostane do půdy, stává se součástí komplexní půdní organické hmoty, díky čemuž se jeho perzistence ještě zvýší [9]. Částice se pak akumulují, což vyvolává obavy z negativních vedlejších efektů [10]. Nebezpečné jsou například svojí schopností adsorbovat a koncentrovat nebezpečné chemické látky, jako jsou léčiva nebo pesticidy, a tím sloužit jako nosiče těchto sloučenin do těl organismů [11]. Obecně platí, že s klesajícím poloměrem částic roste reaktivita a aktivní povrch, proto je možné předpokládat u nanoplastů vyšší biologickou aktivitu a schopnost adsorpce. Na problémy s recyklací a likvidací plastového odpadu Evropská unie zareagovala v lednu roku 2018, kdy zveřejnila svoji vizi, kde mimo podpory recyklace plastů uvedla možné využití a rizika použití biodegradovatelných plastů [12]. Jako materiály jsou biodegradabilní plasty slibné alternativy ke konvenčním, většinou nebiodegradabilním plastům [12. Proto se biodegradabilní bioplasty začínají využívat pro výrobu obalů na jídlo, mulčovacích folií, geotextilií, tašek na odpad, kosmetiky a oblečení [13]. V roce 2017 bylo celosvětově vyprodukováno 2,05 miliónů MT biobased plastů, z čehož 43,2 % byly biodegradabilní bioplasty. Předpokládá se, že do roku 2022 se toto množství zvýší až 30 na 2,44 milionů MT [14]. Mezi biodegradovatelné plasty patří obecně takové, u kterých dochází za stanovených podmínek (teplota, pH, vlhkost apod.) k rozpadu působením mikroorganismů. Rozpad takového plastu je doprovázen vznikem vody, methanu, CO2 a biomasy. V reálných ekosystémech nejsou vždy všechny tyto podmínky splněny, proto se rychlost biodegradace může výrazně snížit, čímž paradoxně dochází k akcelerované produkci biomikrobioplastů, které mohou být další zátěží pro životní prostředí.

Mankind is replacing oil-based plastics by so-called biodegradable bioplastics to prevent plastic pollution. However, bioplastics can biodegrade under specific conditions, which are not common in nature. Thus, also bioplastics could potentially become a source of microplastic debris. Unlike in aqueous systems, the soil microplastic contamination is very hard to determine due to matrix complexity and currently, there is still lack of analytical methods to determine easily microplastics coming bioplastics. In fact, the most difficult part of analysis is soil sample pre-treatment and preconcentration or extraction of bioplastics. In this work, we present data on use of evolved gas analysis (EGA, combination of thermal degradation and mass spectrometry). It allows a direct analysis of microplastic debris and its application was succefuly demonstrated for determination oil-based microplastics. In this work, as a model bioplastic was used polyhydroxybutyrate (PHB). We demonstrate a quick and easy EGA method for determination of PHB microplastics in soil and other solid matrix with possible differentiation of anthropogenic PHB from natural PHB. In addition, this method could be used for verification of biodegradation tests and contamination evaluation of soil after applying compost containing biodegradable bioplastic.

Půda, Aktivovaný kal, Mikroplast, Bioplast, Evolved gas analysis

soil, sewage sludge, microplastics, bioplastics, evolved gas analysis

FOJT, J.; PALUCHOVÁ, N.; KAMENÍKOVÁ, E.; PŘIKRYL, R.; KUČERÍK, J.; MOTLOCHOVÁ, M.; KOMÁRKOVÁ, B.

10. 10. 2019

Brno

978-80-88307-03-7

Sborník příspěvku Termoanalytický seminář 2019

29

35

7

http://www.thermal-analysis.cz/TAS/Sbornik-TAS-2019.pdf