بیوپلاستیک از پوست سیب زمینی و موز

دهمین دوره از پروژه های دانش‌آموزی تبیان نیز با یاری خداوند و حضور پرشور شما دوستان و علاقه‌مندان به پایان رسید اما کار ما هنوز تمام نشده است! این دوره نیز همچون سال های گذشته دوستان بسیاری با ثبت طرح ها و ایده های خلاقانه خود در منوی "پیشنهاد موضوع" ما را در ارتقای تنوع پروژه ها یاری نموده‌اند. هم چون گذشته بر آن شدیم تا با گردآوری این ایده های جالب، علاوه بر قدردانی از این دوستان نوآور، زمینه‌ای را برای ایده پروری سایر پژوهشگران علاقه‌مند فراهم آوریم. فراموش نکنید که ما همیشه منتظر طرح های جدید شما عزیزان هستیم.

نام ایده: امکان سنجی تولید بیوپلاستیک از پوست سیب زمینی و موز و مقایسه و بررسی خواص فیزیکی و شیمیایی آن ها
نام ارائه‌دهنده/دهندگان: زهرا جواهری-آیلین بدری نژاد
زمینه و نوع پروژه: فیزیک
درجه سختی: دشوار
نام مدرسه: مدرسه ٱیین روشن نور

امروزه پلاستیک ها سبب ایجاد خطرات و نگرانی های زیست محیطی بسیاری در سرتاسر دنیا شده‌اند. به عنوان مثال در آمریکای شمالی سالیانه 270 میلیون تن نفت به منظور ساخت پلاستیک استفاده می شود ایده ساخت بیوپلاستیك ها یا پلاستیک های كه به مرور زمان فاسد شده و به چرخه طبیعت بر می گردند به دنبال افزایش بحران پراكنده شدن پلاستیک ها حتی در ارتفاعات بلند كوهستانی یا پهنه وسیع دریاها، شكل گرفت.

معایب پلاستیک های نفتی

به طور معمول پلاستیك و صنایع پلاستیكی از نفت حاصل می شوند. علاوه بر این تجزیه این نوع مواد تقریباً 300 تا 500 سال زمان نیاز دارد. جدا از مسایل زیست محیطی، پلاستیك می تواند بر سلامتی انسان ها نیز اثر سوء داشته باشد. این گونه مشكلات پلاستیک های نفتی دانشمندان و پژوهشگران را به ساخت نوعی از پلاستیك كه منشأیی غیر نفتی داشته باشند ترغیب كرد.

بیوپلاستیک ها

بیو پلاستیک ها، دسته ای از پلاستیک ها هستند که همه یا بخشی از وزن آن ها از منابع تجدیدپذیر مانند روغن های گیاهی، نشاسته و...  تولید شده است و از این نظر با پلاستیک های عادی که بر پایه‌ منابع هیدرو کربنی فسیلی مانند نفت و گاز هستند، متفاوتند. در کشورهای توسعه یافته، تولید و مصرف این مواد سال ها است که تبلیغ می شود و مورد حمایت قرار گرفته‌است.

لذا در پروژه حاضر دانش آموزان سعی در تولید بیو پلاستیک از پوست سیب زمینی و موز، هم چنین بررسی خواص فیزیکی و شیمیایی آن داشتند. آن ها ابتدا بیوپلاستیک را از سیب زمینی را تهیه نمودند. جهت این امر ابتدا شروع به استخراج نشاسته به شیوه زیر نمودند.

عنوان آزمایش: استخراج نشاسته
در این روش سعی در جداسازی نشاسته از سیب زمینی داریم که این کار در صنایع هم به همین صورت انجام می شود.

 مواد و وسایل مورد نیاز:
سیب زمینی تقریباً 100 گرم، رنده، صافی، آب مقطر، بشر، استوانه مدرج، ترازوی دیجیتال

 شرح آزمایش:
100 گرم سیب زمینی را بدون اینکه نیاز به پوست کندن داشته باشد شسته و تمیز کرده و آنگاه رنده می شود.
100 گرم سیب زمینی را با 100cc آب مقطر درون یک هاون ریخته خوب همزده و مخلوط می کنید.

از داخل یک چای صاف کن این مواد را عبور داده تا مواد جامد باقی مانده و آب آن خارج شود. سپس به مواد جامد باقی مانده در هاون بار دیگر cc100 دیگر آب مقطر افزوده و خوب هم می زنیم تا نشاسته از درون سیب زمینی ها استخراج شود و آنها را صاف می کنیم. برای این کار می توان از یک جوراب نازک تمیز نیز استفاده کرد.
مخلوط زیر صافی را که در یک بشر ریخته‌ایم به مدت 5 الی 10 دقیقه کنار می گذاریم تا نشاسته ها ته نشین شده و آب روی آن جدا شود.

 

تهیه پلاستیک سیب زمینی
در این قسمت دانش آموزان پس از استخراج نشاسته به دنبال تهیه پلاستیک از سیب زمینی و بررسی خواص آن بودند. نشاسته حاصل از سیب زمینی، پلیمری است که از یک زنجیره از گلوکوزها که به هم پیوسته‌اند به وجود آمده است. در واقع شامل دو پلیمر است:
مولکول گلوکوز

آمیلوز: که زنجیره ای از گلوکوزها است که بصورت مستقیم بهم پیوسته است.

آمیلو پکتین: که پلیمر شاخه ای از نشاسته است
پلیمر آمیلوپکتین از تبدیل نشاسته به پلاستیک جلوگیری می کند به همین منظور از اسید کلریدریک استفاده شده تا زنجیره های آن را شکسته و خواص آن را تغییر دهد.

شرح آزمایش

در یک بشر cc 25 آب مقطر ریخته و 2/5 گرم هم از نشاسته حاصل از سیب زمینی افزوده سپس cc3 اسی کلریدریک و cc 2 هم گلیسرول اضافه می کنیم. در 4 بشر دیگر هم همین کار را انجام می دهمی و فقط مقدار گلیسرول را تغییر داده (0،4، 6، 8 و 10 سی سی) مخلوط را در یک شیشه ساعتی قرار داده و آن را برای مدت 10 الی 15 دقیقه حرارت می دهیم اما نباید خشک شود و یا بجوشد.

سپس بخشی از آن را به یک کاغذ pH زده و pH آن را اندازه می گیریم. سپس مقدار کافی سدیم هیدروکسید به آن می افزاییم تا خنثی شود. برای رنگی شدن پلاستیک حاصل می توان به آن کمی رنگ خوراکی هم اضافه کرد. مخلوط را روی فویل یا چیز دیگری پهن می کنیم. 2 روز به آن زمان می دهیم تا در هوای اتاق خشک شود.

تهیه بیوپلاستیک از پوست موز
بیوپلاستیک از پوست موز مرحله تولید پلاستیک:
25 میلی لیتر از خمیر موز در 5 عدد بشر 50 میلی لیتر قراد داده می شود، سپس به هر بشر به اندازه 3 میلی لیتر محلول HCl افزوده و با یک همزن شیشه ای به خوبی همزده می شود. به هر کدام از بشرها به ترتیب 2- 4- 6- 8- و 10 میلی لیتر پروپان- 1 و 2 و 3 تری آل (گلیسرول) افزوده شده و بار دیگر محلول ها بخوبی هم می شود.

در مرحله بعد به هر کدام از بشرها بار دیگر به همان اندازه ای که اسید اضافه شده بود یعنی 3 میلی لیتر، این بار محلول سود (NaOH) اضافه شده تا محلول خنثی شود. مخلوط ها را از بشر، داخل یک ظرف ریخته و آها را در یک گرمکن با دمای 130°  سانتی گراد به مدت 90 دقیقه قرار داده تا خشک شود.
نکته: علت قرار دادن در محلول سود یا اسید پیش از جوشاندن، از بین رفتن دیواره سلولی برای استخراج بهتر نشاسته و همچنین تهیه پلاستیک با قابلیت کشسانی بهتر و بیشتر می باشد.

مهارت های کسب شده

آشنایی با بیوپلاستیک
آشنایی با شیوه تهیه بیوپلاستیک از پوست موز
آشنایی با شیوه تهیه بیوپلاستیک از سیب زمینی

بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه: مهدی رحمانی

تنظیم: نسرین صادقی