16 Tháng Sáu, 2017
Vệ sinh môi trường
Sự phân hủy của nhựa: Giấc mơ hay hiện thực?
Từ plastic bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp “plastikos,” có nghĩa là 'có thể đúc thành nhiều hình dạng khác nhau'. Nhựa được tạo thành từ sự liên kết các monome với nhau bằng liên kết hóa học.
Polythene chiếm 64% tổng lượng nhựa, là một loại polyme hydrocarbon tuyến tính bao gồm các chuỗi dài các monome etylen.
Công thức chung của polyetylen là CnH2n, trong đó 'n' là số nguyên tử cacbon.
Nhựa mà chúng ta sử dụng ngày nay được làm từ các nguyên liệu thô vô cơ và hữu cơ, chẳng hạn như carbon, silic, hydro, nitơ, oxy và clorua.
Các vật liệu cơ bản được sử dụng để sản xuất nhựa được chiết xuất từ dầu mỏ, than đá và khí thiên nhiên. Nhựa bao gồm polythene, propylene, polystyrene, polyurethane, nylon, v.v.
Polyetylen, hay còn gọi là LDPE (polyetylen mật độ thấp) hoặc HDPE (polyetylen mật độ cao), là một loại polyme nhiệt dẻo được tạo thành từ các monome của etylen, chủ yếu được sử dụng dưới dạng màng mỏng và tấm bao bì.
Trong ba thập kỷ qua, việc sử dụng nhựa không kiểm soát để đóng gói (ví dụ: thức ăn nhanh), vận chuyển, công nghiệp và nông nghiệp ở cả khu vực nông thôn và thành thị đã làm gia tăng các vấn đề nghiêm trọng về xử lý rác thải nhựa và ô nhiễm nhựa.
Nhẹ, trơ, bền, chắc và giá thành thấp là những ưu điểm chính của nhựa, nhưng nó cũng có những nhược điểm như khó phân hủy sinh học và khó phân hủy tự nhiên.
Việc sử dụng nhựa trên toàn cầu đang tăng với tốc độ 12% mỗi năm và khoảng 0.15 tỷ tấn polyme tổng hợp được sản xuất trên toàn thế giới mỗi năm.
Tốc độ tích tụ rác thải nhựa trong môi trường là 25 triệu tấn/năm và do đó được coi là mối nguy hại nghiêm trọng đối với môi trường.
Nhựa ước tính chiếm 20% chất thải rắn đô thị (MSW) ở Hoa Kỳ và Đức, 7.5% MSW ở Tây Âu và 25% ở Úc.
Ở Thổ Nhĩ Kỳ, 11 triệu tấn nhựa được thải ra mỗi năm. Trong năm 1999-2000, Ấn Độ đã nhập khẩu hơn 120,000 tấn nhựa.
Hàng năm, Ấn Độ thải ra 5.6 triệu tấn rác thải nhựa, trong đó Delhi thải ra 689.5 tấn mỗi ngày.
Theo Ban Kiểm soát Ô nhiễm Trung ương (CPCB) Ấn Độ, tổng lượng rác thải nhựa được thu gom và tái chế ở nước này có thể lên tới 9,205 tấn mỗi ngày (khoảng 60% tổng lượng rác thải nhựa) và 6,137 tấn vẫn chưa được thu gom và thải ra môi trường.
Những thủ phạm chính tạo ra loại rác thải này là bốn thành phố lớn, trong đó Delhi đóng góp 689.5 tấn mỗi ngày, tiếp theo là Chennai (429.4 tấn), Kolkata (425.7 tấn) và Mumbai (408.3 tấn).
Những con số này chỉ nhằm xác nhận tình trạng rác thải nhựa tràn lan ở các khu công nghiệp, khu dân cư và khu ổ chuột tại các thành phố và thị trấn ở Ấn Độ.
TÁI CHẾ VÀ PHÂN HỦY NHỰA
Tái chế nhựa là mối quan tâm lớn vì chỉ có chưa đầy 50% tổng lượng nhựa được sản xuất được tái chế. Tỷ lệ sản xuất là rất lớn so với khả năng phân hủy của nó.
Mức độ ô nhiễm do tái chế gây ra là cao, nhưng có thể bù đắp bằng cách tái sử dụng các vật liệu như vậy. Nhựa ngày nay đang được tái sử dụng bằng cách thay đổi ứng dụng của chúng.
Chai, lon và hộp đựng có thể được sử dụng để lưu trữ. Trống, ống, tấm, v.v., đều được tái sử dụng theo nhiều cách.
Việc tái sử dụng nhựa đòi hỏi rất nhiều sự sáng tạo. Có rất nhiều nghệ sĩ đã phát triển các kỹ thuật tái chế mới mà bất kỳ ai cũng có thể sao chép.
Các trường học và cao đẳng có thể dạy về tái chế nhựa như một nghệ thuật, điều này sẽ nâng cao nhận thức trong cộng đồng. Dưới đây là danh sách các biểu tượng tái chế nhựa:
Có khá nhiều cách vật lý và hóa học để phân hủy polyme và nhựa. Chúng hoàn toàn không phải là sinh học. Chúng được minh họa dưới đây:
- Quá trình oxy hóa nhiệt: Ở đây, polyme được nung nóng đến nhiệt độ cực cao và trải qua quá trình oxy hóa trong chuỗi chính của polyme. Về cơ bản, ở đây, xương sống của polyme bị biến đổi về mặt hóa học.
- Quy trình cơ khí: Ở đây, polyme chịu ứng suất cơ học hoặc thay đổi, từ đó làm thay đổi tính chất của polyme.
- Phương pháp siêu âm:Khi polyme đi qua môi trường siêu âm, chuỗi polyme có thể rung động ở tần số của môi trường và có thể tách ra và bong ra.
- Môi trường thủy phân: Khi nhựa được giữ trong điều kiện ẩm ướt hoặc có tính axit, sự phân cắt chuỗi có thể xảy ra thông qua quá trình thủy phân chuỗi chính. Quá trình thủy phân này xảy ra ở các polyme có nhóm chức năng nhạy cảm với tác động của nước.
- Các phương pháp hóa học khác: Ở đây, hóa chất ăn mòn, khí hoặc chất lỏng được sử dụng để phân hủy polyme. Ozone, chất gây ô nhiễm trong khí quyển và các axit như nitric, sulfuric và hydrochloric sẽ tấn công và phân hủy hầu hết các polyme thông qua quá trình cắt chuỗi và oxy hóa. Điều này khá giống với các quá trình oxy hóa hoặc thủy phân.
- Phương pháp quang oxy hóa: Sự hấp thụ bức xạ của polyme hoặc tạp chất của chúng do tiếp xúc với ánh sáng mặt trời hoặc bức xạ năng lượng cao có thể dẫn đến phá vỡ các liên kết hóa học trong polyme, dẫn đến sự phân hủy quang học. Điều này thậm chí còn có thể xảy ra hơn nếu polyme có một số đặc tính bán dẫn trong vùng ánh sáng khả kiến hoặc ánh sáng mặt trời.
Các phương pháp khác là chôn lấp, đốt và thải ra đại dương, gây ra hậu quả chết người cho sự sống trên Trái Đất.
Những phương pháp này không khả thi trong thời gian dài.
Trong số tất cả các phương pháp này, các con đường phân hủy nhựa quan trọng nhất là con đường nhiệt oxy hóa, sinh học và quang oxy hóa.
Quá trình sinh học sẽ luôn là phương pháp phân hủy nhựa rất quan trọng vì tính hiệu quả, khả năng gắn các vị trí polyme cụ thể và giảm thiểu các mối lo ngại về môi trường!
QUÁ TRÌNH SINH HỌC CỦA SỰ PHÂN HỦY NHỰA
Phương pháp an toàn nhất, có thể được áp dụng ở quy mô lớn, là quá trình sinh học. Quá trình sinh học không gây hại cho môi trường và các sản phẩm phụ có thể có ứng dụng tuyệt vời.
Dưới đây là tổng quan về phương pháp tiếp cận sinh học:
Các vi sinh vật như vi khuẩn, nấm và xạ khuẩn tham gia vào quá trình phân hủy cả nhựa tự nhiên và nhựa tổng hợp.
Nhựa thường phân hủy sinh học trong điều kiện hiếu khí, kỵ khí trong trầm tích và bãi chôn lấp, và một phần trong điều kiện hiếu khí trong phân trộn và đất.
Carbon dioxide và nước được tạo ra trong quá trình phân hủy sinh học hiếu khí, trong khi phân hủy sinh học kỵ khí tạo ra carbon dioxide, nước và methane.
- Cũng đọc - Sự phân hủy của nhựa: Giấc mơ hay thực tế?
Quá trình phân hủy sinh học của polyme bao gồm các bước sau:
- Sự bám dính của vi sinh vật vào bề mặt của polyme.
- Sự phát triển của vi sinh vật, sử dụng polyme làm nguồn cacbon.
- Sự phân hủy cuối cùng của polyme.
Vi sinh vật có thể bám vào bề mặt của polyme miễn là bề mặt này ưa nước. Khi vi sinh vật bám vào bề mặt, nó có thể phát triển bằng cách sử dụng polyme làm nguồn cacbon.
Ở giai đoạn phân hủy chính, các enzyme ngoại bào do sinh vật tiết ra sẽ khiến chuỗi chính bị cắt, dẫn đến sự hình thành các mảnh có trọng lượng phân tử thấp như oligome, dime hoặc monome.
Các hợp chất có trọng lượng phân tử thấp này được vi khuẩn sử dụng làm nguồn cacbon và năng lượng. Các oligomer nhỏ cũng có thể khuếch tán vào cơ thể và được đồng hóa vào môi trường bên trong của cơ thể.
Danh sách các loại vi sinh vật khác nhau được báo cáo có khả năng phân hủy các loại nhựa khác nhau:
CÂU CHUYỆN VỀ MỘT CON SÂU PHÂN HỦY NHỰA
Federica Bertocchini – một người nuôi ong nghiệp dư cũng như một nhà nghiên cứu khoa học – đã có một khám phá thú vị.
Ấu trùng của bướm sáp (Galleria Melonella) không chỉ được biết đến với công dụng làm mồi câu cá mà còn gây ra nhiều vấn đề cho người nuôi ong (sinh vật sống nhờ sáp ong).
Bertocchini, sau khi đặt ấu trùng vào một túi nhựa để ngăn chúng tràn vào tổ ong của mình, phát hiện ra rằng ấu trùng có thể nhai để thoát ra ngoài. "Tôi quay lại căn phòng nơi tôi để lại những con giun, và tôi thấy chúng ở khắp mọi nơi; túi đầy lỗ thủng", Bertocchini nói.
Phát hiện này đã thúc đẩy Bertocchini và các nhà khoa học khác tại Đại học Cambridge bắt đầu nghiên cứu thói quen ăn uống của sâu sáp.
Khi đặt ấu trùng lên nhựa polyethylene, họ phát hiện ra rằng mỗi con giun có thể tạo ra gần hai lỗ mỗi giờ.
Để hiểu rõ hơn, trong vòng chưa đầy một tháng, 100 con giun có thể phân hủy (trung bình) 5.5 gam nhựa!
Để chứng minh rằng những con giun không chỉ thải ra những mảnh nhựa nhỏ hơn (do chuyển động cơ học của hệ thống nhai), Bertocchini và các đồng nghiệp đã bôi hỗn hợp ấu trùng lên nhựa và sau đó… chờ đợi.
Điều ngạc nhiên là họ phát hiện ra rằng ngay cả chất lỏng từ con sâu sáp cũng có thể tạo ra lỗ trên nhựa.
Kết quả này đã thuyết phục nhóm nghiên cứu rằng chính một loại enzyme (trong nước bọt hoặc ruột của chúng) hoặc vi khuẩn trong ấu trùng có khả năng phân hủy nhựa.
…phát hiện này có thể đảo ngược tình thế trong cuộc chiến chống rác thải nhựa
Phân tích quang phổ – đo ánh sáng hấp thụ, phát ra hoặc phân tán bởi vật liệu – được sử dụng để xác nhận sự phân hủy của nhựa sau khi tiếp xúc với ấu trùng đồng nhất.
Các nhà khoa học kết luận rằng sâu sáp có thể phân hủy nhựa bằng cùng loại enzyme mà chúng dùng để ăn sáp ong; bằng cách tấn công các liên kết hóa học trong polyethylene, sâu biến đổi nó thành vật liệu "không liên kết" có tên là ethylene glycol (một hóa chất thường được sử dụng trong chất chống đông).
Một loại kính hiển vi thăm dò lướt có độ phân giải rất cao chỉ cung cấp thêm bằng chứng ủng hộ ý tưởng rằng ấu trùng có khả năng thay đổi tính thống nhất của polyethylene.
Bình luận về những phát hiện này, Paolo Bombelli (nhà hóa sinh tại Đại học Cambridge) cho biết, “…nếu một loại enzyme duy nhất chịu trách nhiệm cho quá trình hóa học này, thì việc tái tạo nó trên quy mô lớn bằng các phương pháp công nghệ sinh học là điều có thể thực hiện được”.
Bombelli dường như tin rằng kết quả của nghiên cứu này rất hứa hẹn và có tiềm năng đưa đến giải pháp cho vấn đề rác thải nhựa.
Từ đây, bước tiếp theo là tìm ra loại enzyme cụ thể nào tham gia vào quá trình thoái hóa. Và…sau đó thì sao?
Phạm vi khả năng là rất rộng.
Hợp chất này có thể được đưa vào vi khuẩn hoặc thực vật phù du để giảm lượng rác thải nhựa ở những vùng không có người ở.
Hơn nữa, những phát hiện này có khả năng được điều chỉnh theo quy mô công nghiệp (khi xét đến khả năng phân hủy ngay cả loại nhựa cứng nhất của ấu trùng).
Cuối cùng, các enzyme có thể được phun trực tiếp vào những nơi như bãi rác.
Khám phá này có thể làm thay đổi cách thức đấu tranh chống rác thải nhựa.
Tôi hy vọng rằng nó sẽ mang lại khả năng thoát khỏi tình trạng tích tụ nhựa vô tận ở các bãi rác và biển, và hướng tới quá trình phân hủy sinh học của nhựa.
Tuy nhiên, hiện tại, chúng ta hãy tiếp tục cố gắng tái sử dụng nhiều hơn và sản xuất ít hơn.
- Cũng đọc - Lệnh Cấm Nhựa Ở Mumbai Sẽ Bảo Vệ Bạn Khỏi Bệnh Tiêu Chảy Như Thế Nào
- Cũng đọc - Tái chế nhựa: lý do và cách thức
- Cũng đọc - Giải quyết ô nhiễm đại dương và tại sao nhựa không phải là vấn đề duy nhất cần giải quyết
Tài liệu tham khảo:
TRANG WEB:
-
- http://www.businessinsider.com/plastic-eating-worms-reduce-pollution-moth-larvae-2017-5?IR=T
- https://www.dogonews.com/2017/5/25/can-these-plastic-eating-wax-worms-help-reduce-our-trash
- https://thepanoptic.co.uk/2017/05/28/waxworms-hungry-weapon-targeting-plastic-waste/
Blog gần đây
