پوشش تجزیه پذیر با میکروارگانیسم، دستاورد برتر دوره اول دبیرستان فرزانگان 4 در بخش سمینار
دوازدهمین دوره از پروژه های دانش آموزی تبیان نیز با یاری خداوند و حضور پر شور شما دوستان و علاقمندان به پایان رسید.
در این دوره از جشنواره تعداد 126 گروه در بخش های سمینار های علمی، غرفه های نمایشگاهی و مسابقات به عنوان گروه های برتر، برگزیده و معرفی شدند.
بر آن شدیم تا با معرفی پروژه های گروه های برتر علاوه بر قدردانی از این دوستان نوآور، زمینه ای را برای ایده پروری سایر پژوهشگران علاقمند فراهم آوریم.
مقطع: دوره اول متوسطه
موضوع: ساخت پوشش تجزیه پذیر توسط میکروارگانیسم
نام مدرسه: دبیرستان فرزانگان 4
نام استاد: خانم روشنک میرآفتاب
دانش آموزان: صبا عطایی، شکیبا سادات حسینی، هستی متشفیع
چکیده:
ظروف یک بار مصرف یکی از دغدغه های دوستداران محیط زیست است. این ظروف به واسطه ترکیبات پلاستیکی تجزیه ناپذیر هرگز قابل بازیافت و تجزیه توسط چرخه طبیعت نیستند و بر پایه همین، از جمله تهدیدات بزرگ برای محیط زیست به شمار می روند.
متاسفانه استفاده از این ظروف در کشور ما بسیار رایج شده و از حد استاندارد بسیار فراتر است. با توجه به روند روز افزون استفاده مردم دنیا از ظروف یکبار مصرف پلاستیکی و به طور کل پلاستیک های ساخته شده از مواد نفتی و عمر 300 ساله ی این مواد پس از دفن در خاک، محققین را به فکر جایگزینی برای پلاستیک تجزیه ناپذیر واداشته است. پلیمرهای متداول امروزی از نفت خام ساخته می شوند که با توجه به محدود بودن منابع نفتی باید به تدریج با بیوپلیمرها (پلیمرهای طبیعی) که از منابع تجدیدپذیر ساخته می شوند، جانشین شوند. در این تحقیق سعی بر آن شده که یک پوشش گیاهی تجزیه پذیر با میکروارگانیسم ها ساخته شود که جایگزین مواد نفتی و غیر قابل بازیافت شوند.
اما پلاستیک های تجزیه پذیر باید قیمتی کمتر از پلاستیک های تجزیه ناپذیر داشته باشند تا از جهات بیشتری در بازار با استقبال مردم روبه رو شود.
هدف از این پروژه تهیه پوشش تجزیه پذیر با استفاده از موادی ارزان قیمت است که به چرخه طبیعت آسیبی وارد نکنند.
مقدمه:
استفاده از ظروف پلاستیکی تجزیه ناپذیر (unbiodegradable) آسیب های جبران ناپذیری را به این کره ی خاکی وارد می سازد. این نوع پلاستیک ها در خاک توسط باکتری ها و میکروارگانیسم ها به خوبی تجزیه نشده و در صورت استفاده ی زیاد از این پلاستیک ها، امکان تشکیل یک لایه روی پوسته ی زمین است! ولی مضرات استفاده از این مواد به همین جا ختم نمی شود بلکه این پلیمر های تجزیه ناپذیر بر روی سلامت انسان ها نیز تاثیرگذار هستند و استفاده مداوم موجب بروز بیماری هایی همچون سرطان، مسمومیت غذایی و ... می شود و در دراز مدت باعث تغییراتی در ژن نسل های بعد می شوند.
پلاستیک ها پلیمر هایی هستند که از سنتز اولیه مونومرها تهیه می شوند. مونومر ها موادی سمی و مضرند در حالی که پلیمر ها خنثی هستند و مشکلی ایجاد نمی کنند. اما اشکال کار در این جاست که معمولا در فرایند تهیه پلیمر، مقداری مونومر باقی می ماند که برای سلامت انسان مضر می باشند.
پلاستیک ها از نفت که منبع انرژی تجدید ناپذیر است، تهیه می شود و مصرف روزافزون پلاستیک ها به معنای اتلاف این انرژی نیز می باشد و رها کردن آن ها در طبیعت علاوه بر کاستی از زیبایی آن منظره طبیعی، بسیار دیر در خاک تجزیه می شوند و پلاستیک های مدفون شده، از رشد ریشه های گیاه جلوگیری کرده و در نتیجه باعث از بین رفتن گیاهان می شود.
با افزایش جمعیت و با توجه به نیاز بشر به یک جایگزین مناسب برای این نوع پلیمرها، پلیمر تجزیه پذیر که به دلایل مختلفی از جمله باکتری ها و اشعه ی ماورای بنفش(UV)،گرما، فشارهای مکانیکی و ساییده شدن تحت تاثیر هوا، تجزیه شده و در زمان کمی از بین می روند رونق یافتند.
کار برروی پلیمرهای گیاهی از سال 1970 و در زمان بحران نفت آغاز شد و در آن زمان کشورهای پیشرفته به فکر ساخت پلاستیکی بدون استفاده از نفت و مشتقات آن افتادند. بنابراین پلیمرهای گیاهی ساخته شده با ترکیباتی مانند سیب زمینی، ذرت و گندم مورد آزمایش قرار گرفت. این پلیمر های هیدروکربنی دارای خواص ضعیف پلیمری اند که با تغییر و اصلاح آنها می توان به ویژگی های پلیمر نفتی رسید. شکل و ظاهر این ظروف کاملا مشابه ظروف پلاستیکی تجزیه ناپذیر می باشد با این تفاوت که تجزیه پذیر هستند. کشورهایی مانند آمریکا، انگلیس، آلمان و ایتالیا از این پلیمر های تجزیه پذیر استفاده می کنند و استفاده از پلاستیک های تجزیه ناپذیر را ممنوع کرده اند.در ایران نیز در سال 1384 واحد تولید ظروف یکبار مصرف گیاهی با حضور وزیر بهداشت افتتاح شد.
استفاده از ظروف پلی استایرن برای مواد غذایی گرم و داغ از نظر بهداشتی به هیچ عنوان مناسب نیست. چون ظروف پلی استایرنی فوم و غیر فوم همیشه مقداری استایرن آزاد در ترکیبات پلیمری خود دارند که فوق العاده سرطان زاست. (پلی استایرن پلیمری سمی است که از مونومرهای استایرن ساخته می شود و سبب تولید پلاستیکی شفاف می شود. اغلب پلاستیک هایی که با این مواد پلیمری ساخته می شوند، استحکام بالایی دارند اما در برابر فشار مقاوم نیستند و سریعا می شکنند. ( لیوان و ظرف ماست پلاستیکی) زمانی که ظروف پلی استایرنی با مواد غذایی گرم و داغ به ویژه چرب تماس پیدا می کند، باعث بیماری های خطرناکی در انسان می شوند. در هنگام استفاده از ظروف یکبار مصرف باید به علامت اختصاری که در کف ظروف حک شده است، توجه کرد. استفاده از ظروف پلی اتیلنی(PE) و پروپیلنی(PP) (از این ماده در تولید لوله آب رسانی و بسته بندی مواد غذایی استفاده می شود و ظروف ساخته شده با این ماده استحکامی قابل قبول در حد ظروف یکبار مصرف دارند.)که به رنگ سفید می باشند و عمدتا برای بسته بندی و نگهداری محصولات لبنی، روغن و سرکه به کار می روند، برای مواد غذایی گرم و مرطوب بلامانع است. پلی اتیلن از مونومر اتیلن ساخته شده و در نایلکس بسته بندی مرغ و گوشت ، ظرف سرم و انواع دارو و درب بطری ها از آن استفاده می شود.
استفاده از ظروف پلی استایرنی فوم دار(EPS) و ظروف پلی استایرنی سفید رنگ(HIPS) برای مواد غذایی گرم و مرطوب مشکلی ایجاد نمی کند ولی برای نگهداری مواد غذایی داغ مثلا با دمای 140 درجه سانتی گراد نامناسب است.
استفاده از ظروف پلی استایرنی شفاف (GPPS) تنها برای نوشیدنی های سرد مناسب است و برای مواد غذایی مثل چای و قهوه مناسب نمی باشد.
اهداف تحقیق:
در این پروژه ما می خواهیم پلیمری را بسازیم که تجزیه پذیر باشد. علل متفاوت و فراوانی برای تجزیه پذیر بودن مواد پیرامون ما وجود دارد، مانند فشارهای مکانیکی، آب، اشعه ی ماورای بنفش(uv) ،میکرو ارگانیسم های موجود در خاک و ...
اما تهیه پوششی که در خاک توسط میکروارگانیسم ها تجزیه می شود، مطلوب است. در سال های اخیر پوشش های تجزیه پذیر فراوانی ساخته شده اند. تفاوت پلیمر ما با بقیه پلیمرها آن است که توسط میکروارگانیسم ها تجزیه می شود و اینکه مواد تشکیل دهنده آن با سایر پلیمر های موجود متفاوت است. در حقیقت این پلاستیک پلیمری جدید می باشد و شاید پلاستیکی که با پوست موز و گلیسیرین و اوره ساخته می شود دارای استحکام زیادی نبوده و همچنین ضد آب نباشد. در این حالت باید ما به دنبال ماده ی تجزیه پذیر استحکام بخش متناسبی از بین این مواد بگردیم.که در ادامه مطالعات به این نتیجه رسیدیم که کنف و چوب پنبه دو ماده ی مناسب هستند و پلیمرهای ساخته شده با کنف دارای استحکام بیشتری نسبت به چوب پنبه هستند.
روش جمع آوری اطلاعات:
ما در ابتدا به دلیل نداشتن اطلاعات کافی در سایت های مختلف به دنبال مطالب گشتیم. در ابتدا ما مقاله ای انگلیسی یافتیم که آن را ترجمه کردیم. در این مقاله به دنبال مواد اولیه و مورد نیاز برای ساخت پلیمرمان گشتیم که سرانجام توانستیم اوره، کیتوسان، گلیسیرین و پوست له شده ی موز را بیابیم. بعد از آن ما با تغییر نسبت این مواد در آزماش هایمان، توانستیم چند نمونه ی برتر را مشخص کنیم.
منابع:
1.پایگاه اطلاع رسانی بهداشت،ایمنی و محیط زیست شرکت ملی گاز ایران
www.hse.nigc.ir
2.سایت اخبار ایرانیان
www.Topiranian.com
3.سایت خبرنگار
www.Reporter.ir
4.وبلاگ فدراسیون محیط زیست
www.Fedrasionblogfa.com
5. www.connaughtwasterecycling.com
6. www.sabzavar.ir
7. www.tebyan.ir
برای مشاهده مجموعه فایل های ضمیمه اینجا کلیک کنید.
بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
تهیه: نگار تجملیان- تنظیم: نسرین صادقی
