REVIZUIRE BIBLIOGRAFICĂ A MICROORGANISMELOR DE BIODEGRADARE A POLIETILENULUI CU DENSITATE SCĂZUTĂ ȘI
REVIZUIRE BIBLIOGRAFICĂ A MICROORGANISMELOR DE BIODEGRADARE A POLIETILENULUI CU DENSITATE SCĂZUTĂ ȘI EFECTELE LOR PE MATERIAL Nelson Ricardo Acuña Molina FRANCISCO JOSE DE CALDAS DISTRICTUL UNIVERSITĂȚII FACULTATEA DE ȘTIINȚE ȘI EDUCAȚIE 2017
REVIZUIRE BIBLIOGRAFICĂ ASUPRA MICROORGANISMELOR BIODEGRADATE A POLIETILENULUI CU DENSITATE SCĂZUTĂ ȘI EFECTELE LOR PE MATERIAL Nelson Ricardo Acuña Molina LUCRU DE LICENȚĂ PENTRU A OPTA PENTRU GRAU ÎN CHIMIE Directorii: Jorge Alonso Leyiz Rojas Dr.renat García Dr.renat. Codirector: Mario Sánchez Rodríguez dr. UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS FACULTATEA DE ȘTIINȚE ȘI EDUCAȚIE CURRICULUM PROIECT DE BACALAUREAT ÎN CHIMIE BOGOTA D.C. 2017 eu
Notă de acceptare Președintele juriului Juriul juriului Bogotá D.C. (01, martie, 2017) II
Dedicare Mamei mele și tuturor profesorilor care mi-au încurajat și sporit curiozitatea și dragostea pentru știință, precum și celor care m-au îndrumat și m-au ajutat să-mi dobândesc cunoștințele și abilitățile științifice. III
Mulțumiri Îi mulțumesc mamei mele pentru sprijinul constant, profesorilor mei pentru toate învățăturile lor, în special directorilor și codirectorului meu Jorge, Josué și Mario pentru efortul și sprijinul lor, și tuturor prietenilor mei care au contribuit într-un fel cu sfaturile și sugestiile lor. în realizarea acestei lucrări, în special David Leonardo Castilla și Néstor Alexander Zambrano care au contribuit cu amabilitate prin recenziile și sugestiile lor. IV
CUPRINS Pagina Lista tabelelor X Lista figurilor XI Lista figurilor XIII Lista anexelor XIV Abrevieri XV Glosar XVI 1. REZUMAT 1 2. INTRODUCERE 2 3 OBIECTIVE 2 3.1 Obiective generale 2 3.2 Obiective specifice 3 4. CONTEXT ȘI JUSTIFICARE 3 4.1. Definiția problemei 3 4.2. Prezentare istorică 4 4.3 Alternative pentru controlul LDPE 5 4.3.1 Înmormântarea în depozitele de deșeuri de LDPE 5 4.3.2 Incinerarea LDPE 5 4.3.3 Piroliza LDPE 6 4.4. Politici de reciclare 6 4.4.1 Problemă de mediu cauzată de LDPE 7 5 CADRU TEORETIC 7 5.1 Polimeri 8 5.1.1 Materiale plastice 8 5.1.2 Poliolefine 8 5.1.2.1.1 Polietilenă (PE) 8 5.1.2.1.2 Clasificarea PE 8 5.1 .2.1.2.1 Polietilenă de joasă densitate (LDPE) 9 5.1.2.1.2.2 Polietilenă liniară de joasă densitate sau (LLDPE) 9 5.1.2.1.2.3 Polietilenă de înaltă densitate (HDPE) 9 5.1.2.1.2.4 Cauze ale inertității chimice de polietilenă 10 5.2 Biopolimeri înlocuitori pentru LDPE 10 5.2.1 Biopolimeri naturali 10 5.2.2 Biopolimeri sintetici 10 5.2.3 Bioplastice 11 5.2.3.1 Bioplastice complet biodegradabile 11 5.2.3.2 Bioplastice bio-fragmentabile 11 5.3 Bioremediere 11 5.3.1 Biodegradare polietilenă densitate 11 (LDPE) 5.3.1.1 Biodeteriorare 12 5.3.1.2 Asimilare 12 V
5.4.2.6.1 Viabilitatea biofilmului microbian 62 5.4.2.6.2 Teste preliminare de caracterizare 62 5.4.2.6.3 Teste de identificare specifice 62 5.4.2.7 Produse de biodegradare 62 5.5 Metodologie propusă 63 5.5.1 Test de viabilitate microorganisme 64 viabile pe placă diluare 5.5.1.1 Prelevarea și selectarea microorganismelor care degradează LDPE în mediu lichid SM 5.5.1.2 Identificarea preliminară 65 5.5.1.3 Testele preliminare de identificare a ciupercilor 66 5.5.1.4 Testul de biodegradare in vitro 67 5.5.2 Testul de pierdere a masei 67 5.5.3 Identificarea specifică 67 5.5.3.1 Tehnică 69 polimorfisme de lungime a fragmentelor de restricție (RFLP) 5.5.4 Teste instrumentale 69 5.5.4.1 Aplicarea FTIR la studiul biodegradării LDPE 69 5.5.4.1.1 Variante ale tehnicii 69 5.5.4.1.1.1 FT-IR Spectroscopie ATR 69 5.5.4.1.1.2 Reflectanța difuză FT-IR (DRIFT) 70 5.5.4.1.2 Indici de cuantificare a oxidării 70 5.5 .4.1 .2.1 Indicele carbonilic (CI) 70 5.5.4.1.2.2 Indicele vinilic (IV) 70 5.5.4.1.2.3 Procentul (%) de cristalinitate a LDPE 70 5.5.4.2 Cromatografie gazoasă cuplată la spectroscopia de masă 71 GCMS 5.5.4.2 .1 Cuantificare producției de CO 2 71 6 ANALIZĂ 72 7. CONCLUZII 77 8. RECOMANDĂRI 78 9. BIBLIOGRAFIE 79 65 IX
LISTA CIFRELOR Pagina 1 Figura 1 a Polietilenă liniară cu densitate scăzută (LLDPE) 9 Figura 1 b Polietilenă cu densitate mică (LDPE) 9 Figura 1 c Polietilenă cu densitate mare HDPE 9 Figura 2 Factori care afectează biodegradarea LDPE 13 Figura 3 Căi transformarea ipotetică a polietilenei până la mineralizarea totală a acestuia 14 Figura 4. Biodegradarea PE prin β-oxidare 14 Figura 5 Inițiatori ai oxidării PE 15 Figura 6 Mecanismul descompunerii hemolitice sau fotolizei 16 Figura 7 Inițierea de la un agent metalic 16 Figura 8 Propagarea fotooxidării 17 Figura 9 a Mecanisme de oxidare în urma reacțiilor Norrish de tip 1 și 2 17 Figura 9 b Oxidarea pentru formarea acizilor grași sau 17 esteri Figura 10 Tehnici și metode disponibile pentru studiul degradării LDPE 37 Figura 11 Schema metodologică de bază propusă 64 Figura 12 Metode preliminare de identificare metabolică 66 Figura 13 Metodologia care trebuie efectuată pentru identificarea specifică a 68 Figura 14 Procedură pentru izolarea microorganismelor biodegradabile LDPE Figura 15 Procedură pentru cultura, izolarea și identificarea microorganismelor degradante LDPE 100 101 XI
LISTA GRAFICILOR Pagină Grafic 1. A Variația producției mondiale de materiale plastice din 1950 până în 2010 Graficul 1. B Variația producției mondiale de materiale plastice din 1950 până în 2013 Graficul 2. Proporția genurilor raportate care sunt legate de biodegradarea (LDPE) Graficul 3. Tehnici cele mai utilizate pentru a studia biodegradarea LDPE 4 4 75 76 XIII
LISTA ANEXELOR. ANEXA A2. ANEXA B. Izolarea și numărarea microorganismelor biodegradabile LDPE Cultura microorganismelor biodegradabile LDPE Purificarea microorganismelor biodegradabile LDPE 100 101 102 ANEXA C Test de biodegradare LDPE 103 ANEXA D Extracția ADN-ului din ciuperci 104 ANEXA E. Extracția ADN-ului din bacterii 105 ANEXA F. Discriminarea între grupuri microbiene folosind RFLP 106 ANEXA G1. Teste de identificare a bacteriilor 107 ANEXA G2. Teste de identificare a bacteriilor 108 ANEXA G3. Teste de identificare a bacteriilor 109 ANEXA G4. Teste de identificare a bacteriilor 110 ANEXA H Lista substanțelor pentru medii și teste 111 ANEXA I Procedura sugerată pentru însămânțare 114 ANEXA J1 Tabelul caracteristicilor preliminare bacteriene 115 ANEXA J2 Caracteristicile preliminare bacteriene 116 ANEXA J3 Caracteristicile preliminare bacteriene 117 ANEXA K1 Procedura de analiză a polietilenei folosind FTIR ANEXA K2 Procedură pentru analiza polietilenei folosind FTIR ANEXA L1 Cuantificarea producției de CO 2 și identificarea metaboliților ANEXA L2 Cuantificarea producției de CO 2 și identificarea metaboliților 118 119 120 121 XIV