一種材料生物降解性檢測評價設(shè)備及其評價方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物降解材料行業(yè)的檢測與評價，涉及一種生物材料堆肥降解專業(yè)檢測設(shè)備及其評價方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生物降解塑料為環(huán)境低負(fù)荷材料，且相當(dāng)一部分原料來源于可再生的農(nóng)業(yè)資源，可作為不可再生石油資源的補(bǔ)充替代，減少白色污染，目前已成為全球矚目的研宄熱點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于一次性餐具、包裝、農(nóng)林產(chǎn)品(如農(nóng)用地膜、花盆、培育袋等)、生物醫(yī)用材料及家用電器等領(lǐng)域。我國在生物降解塑料領(lǐng)域研宄較早，走在全國前列，淀粉基塑料、聚乳酸(PLA)、聚羥基烷酸酯(PHA)等生物降解塑料已初具規(guī)模，并形成一批自主創(chuàng)新的企業(yè)，如廣州金發(fā)、深圳光華偉業(yè)、河南天冠、浙江海正、武漢華麗、深圳意可曼、東莞上九、浙江杭州鑫富等，其中深圳光華偉業(yè)公司是目前國內(nèi)第一、全球第二的聚乳酸生產(chǎn)企業(yè)，其年生產(chǎn)能力僅次于美國Natureworks公司。
[0003]目前，堆肥降解法能夠較為真實(shí)地模擬高聚物材料在自然條件下的降解情況，是目前國內(nèi)外所普遍接受的一種試驗(yàn)方法，并出臺相關(guān)檢測評價標(biāo)準(zhǔn)，如ISO 14855-1、ASTMD 6400、EN 13432、GB/T 19277.1等，這些標(biāo)準(zhǔn)在生物降解檢測方面內(nèi)容大致相同，但基本為框架性條款，涉及的分析方法及設(shè)備不明確，目前尚無合適專業(yè)檢測設(shè)備，導(dǎo)致項(xiàng)目開展難度大、實(shí)驗(yàn)過程難監(jiān)控、實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠性較差。因此，迫切需要對材料降解性評價方法進(jìn)行系統(tǒng)研宄并設(shè)計(jì)專業(yè)的生物降解性檢測評價裝置，以帶動生物降解材料的蓬勃發(fā)展。
[0004]目前，有關(guān)生物降解試驗(yàn)裝置有些研宄報(bào)道，中國專利局公開了一種《生物降解試驗(yàn)裝置》，其發(fā)明專利申請?zhí)枮?200910041224.6，從其所披露的技術(shù)方案看，該試驗(yàn)裝置包括空壓機(jī)、儲氣罐、調(diào)壓閥、氣體流量控制器、試驗(yàn)瓶、可調(diào)恒溫箱等。試驗(yàn)瓶產(chǎn)生的02、CO2通過氣體檢測儀器直接檢測。此外，專利申請?zhí)枮?01420549024.8的實(shí)用新型專利《生物塑料堆肥降解試驗(yàn)裝置》，披露的裝置包括兩層:上層的試品室及下層的控制室。試品室底部設(shè)有加熱系統(tǒng)，在下部、頂部對應(yīng)設(shè)有新風(fēng)調(diào)風(fēng)進(jìn)口，新風(fēng)調(diào)風(fēng)出口。下層控制室由電磁閥、進(jìn)氣流量計(jì)、進(jìn)氣管、出氣流量計(jì)等組成。
[0005]上述兩專利涉及的降解裝置均未對空氣中的0)2進(jìn)行凈化處理，空氣中的CO 2與堆肥過程產(chǎn)生的CO2無發(fā)區(qū)分，堆肥過程產(chǎn)生的CO2無法精確測量，導(dǎo)致生物降解結(jié)果不準(zhǔn)確。此外，上述兩裝置均未提及堆肥反應(yīng)裝置具體技術(shù)要求，且無加濕及冷凝裝置，無法保證降解在合適濕度條件下進(jìn)行，不能滿足ISO 14855-1, ASTM D 6400, EN 13432、GB/T 19277.1等標(biāo)準(zhǔn)對生物堆肥降解的測試要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供專業(yè)的生物降解性檢測評價設(shè)備及其評價方法，滿足 ISO 14855-1, ASTM D 6400, EN 13432、GB/T 19277.1 等標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0007]一種材料生物堆肥降解性檢測評價設(shè)備，包括依次設(shè)置的:空氣供應(yīng)與凈化系統(tǒng)、空氣流量控制系統(tǒng)、堆肥反應(yīng)系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)和0)2吸收系統(tǒng)；所述空氣供應(yīng)與凈化系統(tǒng)包括依次連接的空壓機(jī)、防倒吸瓶、空氣凈化瓶、穩(wěn)壓閥、調(diào)壓閥和電磁閥；所述空氣流量控制系統(tǒng)包括流量控制器；所述堆肥反應(yīng)系統(tǒng)包括加濕瓶和堆肥反應(yīng)瓶；所述CO2吸收系統(tǒng)包括冷凝瓶和0)2吸收瓶。
[0008]優(yōu)選的，所述溫度控制系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)堆肥反應(yīng)系統(tǒng)溫度，使其處于恒定溫度內(nèi)，溫度偏差不超過2 °C、溫度波動度不超過0.5°C。
[0009]優(yōu)選的，所述堆肥反應(yīng)系統(tǒng)處于特定恒定溫度中，由溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0010]優(yōu)選的，所述堆肥反應(yīng)瓶的體積為2-3L，且在距所述堆肥反應(yīng)瓶瓶底1/5-1/3處設(shè)置有用于保證氣體通暢的多孔隔板。
[0011]本發(fā)明使用空氣供應(yīng)與凈化系統(tǒng)，其有益之處是，空壓機(jī)產(chǎn)生的空氣通過NaOH溶液以去含有的CO2，再通過Ba (OH) 2溶液以保證空氣中的CO 2完全被除去，防止干擾堆肥反應(yīng)瓶產(chǎn)生CO2的測試，同時能為堆肥反應(yīng)瓶提供測試所需O 2;同時，使用了 3個防倒吸瓶，以阻止空氣凈化瓶的液體倒吸至空壓機(jī)中及裝有Ba (OH)2空氣凈化瓶中，保證實(shí)驗(yàn)過程有效進(jìn)行；使用穩(wěn)壓閥、調(diào)壓閥、電磁閥可效穩(wěn)定氣體流量，使流量控制器中的氣體穩(wěn)定，確保進(jìn)入每個堆肥反應(yīng)瓶的空氣流量一致，確保試驗(yàn)條件相同。本發(fā)明使用加濕瓶，其有益之處是將通過的空氣濕潤，使堆肥反應(yīng)瓶維持一定的濕度；使用冷凝瓶可將空氣中的水分冷凝下來，可防止水份進(jìn)入CO2吸收瓶；使用3個CO2吸收瓶，確保反應(yīng)產(chǎn)生的CO2完全吸收。由于降解實(shí)驗(yàn)過程較長，通常為2-6個月，并且在CO2吸收瓶后接流量控制器，其有益之處是可方便檢查整個實(shí)驗(yàn)過程氣路是否通暢，方便判斷實(shí)驗(yàn)是否正常運(yùn)行，試驗(yàn)結(jié)果是否可靠。
[0012]本發(fā)明還提供一種采用該評價設(shè)備的方法，包括以下幾個步驟:從空壓機(jī)產(chǎn)生的空氣依次通過第一防倒吸瓶、第一空氣凈化瓶，第二防倒吸瓶、第二空氣凈化瓶、穩(wěn)壓閥、調(diào)壓閥、電磁閥后，分流導(dǎo)入流量控制器，然后進(jìn)入加濕瓶、堆肥反應(yīng)瓶、冷凝瓶、第一 CO2吸收瓶、第二 CO2吸收瓶，最后從流量控制器導(dǎo)出。
[0013]優(yōu)選的，所述第一防倒吸瓶為兩個，第二防倒吸瓶為一個。
[0014]優(yōu)選的，所述第一空氣凈化瓶為兩個，第二空氣凈化瓶為一個。優(yōu)選的，所述第一空氣凈化瓶裝有濃度范圍為6-lOmol/L的NaOH溶液，第二空氣凈化瓶裝有濃度范圍為0.01-0.lmol/L Ba(OH)2S液。
[0015]優(yōu)選的，所述第一 CO2吸收瓶裝有0.l-2mol/LNa0H溶液，第二 CO2吸收瓶裝有0.01-0.lmol/L Ba(OH)2S液。
[0016]本發(fā)明還提供了一種采用該設(shè)備計(jì)算生物降解率的方法，采用電位滴定法定期測定CO2吸收瓶中溶解無機(jī)碳，作為堆肥反應(yīng)瓶產(chǎn)生的累積CO2釋放量；通過以下公式計(jì)算生物降解率:
[0017]Dt= (TCO2-BCO2)X100/ThCO2
[0018]式中，Τω2表示含有實(shí)驗(yàn)混合物的堆肥容器累積釋放的0)2量(g)出0)2表示空白容器累積釋放的0)2量(g) ;Thro2表示試樣理論釋放的0)2量(g)，是根據(jù)元素分析法測