Vliv mikroplastů biodegradabilních polymerů na vlastnosti půdní organické hmoty
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Problematika kontaminace životního prostředí mikroplasty se dotýká všech jeho složek. V současné době je zřetelný trend využívat místo syntetických polymerů tzv. biodegradabilní polymery, u kterých se očekává, že se v přírodních systémech rychle rozloží díky přítomným mikroorganismům. Tento předpoklad ale nemusí odpovídat realitě. Biodegradace může v reálných podmínkách probíhat pomalu nebo vůbec a mikročástice biodegradabilního polymeru tak mohou v půdě setrvávat velmi dlouho, podobně jako částice syntetických polymerů. Jejich vliv na půdní biotu je již nějakou dobu předmětem studia, vliv na vlastnosti půdy a vody v půdě však doposud zkoumán nebyl. Tato práce se zabývá vlivem mikročástic biodegradabilních plastů na fyzikálně-chemické vlastnosti půdní organické hmoty, zejména na chování vody v půdním systému za aridních a semiaridních podmínek. Jako modelový biodegradabilní polymer byly použity mikročástice poly(R-3-hydroxybutyrátu), zkráceně P3HB, který byl zanášen do půdy v různých koncentracích. Využita byla metoda DSC, která umožňuje stanovit výparnou entalpii vody a stabilitu vodních můstků, které ovlivňují (stabilizují) fyzikální a chemickou strukturu půdní organické hmoty. Zároveň bylo změřeno množství vody zadržované půdní organickou hmotou. Bylo zjištěno, že mikroplasty P3HB za experimentálních podmínek snižují výparnou entalpii, což usnadňuje vysychání půdní organické hmoty, nicméně na celkovou zádrž vody organickou hmotou mají pouze malý vliv. Zároveň bylo pozorováno ovlivnění stability vodních molekulových můstků, které spojují segmenty půdní organické hmoty. Mikročástice P3HB by tedy mohly v půdě představovat riziko, díky ovlivnění mechanismu zádrže vody za aridních a semiaridních podmínek.
The microplastics contamination is an issue observed in all environmental compartments. Currently, the trend is to replace the synthetic polymers by biodegradable ones, which are expected to degrade faster due to omnipresent microorganisms. However, this assumption may not correspond with the reality. In nature, biodegradation can last long or not whatsoever and the microparticles of biodegradable polymers can remain in soil the same way as particles of synthetic polymers. The effect of microparticles of biodegradable polymers on soil´s biota has already been studied, but the effect on the properties of soil and water in the soil has not been elucidated yet. This thesis deals with the influence of microparticles of biodegradable plastics on the physico-chemical properties of soil organic matter, especially on the behavior of water in the soil system under arid and semiarid conditions. Microparticles of poly(R-3-hydroxybutyrate), abbreviated as P3HB, were used as a model biodegradable polymer and were introduced into the soil in various concentrations. To determine the evaporation enthalpy of water and stability of water bridges that affect (stabilize) the physical and chemical structure of soil organic matter Differential Scanning Calorimetry (DSC) was used. Simultaneously was also measured their effect on water holding capacity of soil organic matter. Under experimental conditions, P3HB microplastics were found to reduce evaporation enthalpy, which facilitates drying of soil organic matter. Nevertheless, their effect on final water holding capacity was relatively low. Besides, we observed a negative effect on the stability of water molecule bridge that connect segments of soil´s organic components. Thus, P3HB microparticles in soil could pose a risk due to their influence on the water retention mechanism in soil under arid and semiarid conditions.
The microplastics contamination is an issue observed in all environmental compartments. Currently, the trend is to replace the synthetic polymers by biodegradable ones, which are expected to degrade faster due to omnipresent microorganisms. However, this assumption may not correspond with the reality. In nature, biodegradation can last long or not whatsoever and the microparticles of biodegradable polymers can remain in soil the same way as particles of synthetic polymers. The effect of microparticles of biodegradable polymers on soil´s biota has already been studied, but the effect on the properties of soil and water in the soil has not been elucidated yet. This thesis deals with the influence of microparticles of biodegradable plastics on the physico-chemical properties of soil organic matter, especially on the behavior of water in the soil system under arid and semiarid conditions. Microparticles of poly(R-3-hydroxybutyrate), abbreviated as P3HB, were used as a model biodegradable polymer and were introduced into the soil in various concentrations. To determine the evaporation enthalpy of water and stability of water bridges that affect (stabilize) the physical and chemical structure of soil organic matter Differential Scanning Calorimetry (DSC) was used. Simultaneously was also measured their effect on water holding capacity of soil organic matter. Under experimental conditions, P3HB microplastics were found to reduce evaporation enthalpy, which facilitates drying of soil organic matter. Nevertheless, their effect on final water holding capacity was relatively low. Besides, we observed a negative effect on the stability of water molecule bridge that connect segments of soil´s organic components. Thus, P3HB microparticles in soil could pose a risk due to their influence on the water retention mechanism in soil under arid and semiarid conditions.
Description
Keywords
Mikroplasty, biodegradabilní plasty, polyhydroxybutyrát, půda, půdní organická hmota, vodní molekulové můstky, vypařování vody, diferenční kompenzační kalorimetrie., Microplastics, biodegradable plastics, polyhydroxybutyrate, soil, soil organic matter, water molecule bridge, evaporation of water, differential scanning calorimetry.
Citation
DENKOVÁ, P. Vliv mikroplastů biodegradabilních polymerů na vlastnosti půdní organické hmoty [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2020.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Chemie a technologie ochrany životního prostředí
Comittee
doc. MVDr. Helena Zlámalová Gargošová, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Jiří Kučerík, Ph.D. (místopředseda)
prof. Ing. Jaromíra Chýlková, CSc. (člen)
doc. Ing. Jozef Krajčovič, Ph.D. (člen)
Ing. Václav Mergl, CSc. (člen)
Date of acceptance
2020-08-24
Defence
Studentka přednesla podstatné výsledky své diplomové práce. Poté komise vyslechla posudky vedoucího práce a oponentky. Studentka odpověděla na dotazy v plné šíři. Následovala diskuze s ostatními členy komise. Studentka v ní prokázala výbornou orientaci v daném tématu. Komise na závěr zhodnotila celkový výsledek obhajoby závěrečné práce.
Otázky z diskuze:
doc. Krajčovič: Ve své prezentaci jste zmínila, že voda tvoří pětičlenné klastry. Proč tomu tak je? Je tomu tak vždy?
Jaká byla molekulová hmotnost PHB? Má vliv délka řetězce na degradaci?
Ing. Mergl: Jak se dostávají mikroplasty do půdy?
doc. Zlámalová: Jak jste připravovala vzorky půdy a polymeru pro své experimenty?
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení