(高清版)GBT 40612-2021 塑料　海水沙質沉積物界面非漂浮塑料材料最終需氧生物分解能力的測定　通過測定釋放二氧化碳的方法

83.080.01GB/T40612—2021/ISO19679:2020塑料海水沙質沉積物界面非漂浮塑料材料最終需氧生物分解能力的測定通過測定釋放二氧化碳的方法(ISO19679:2020,IDT)國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會IGB/T40612—2021/ISO19679:2020本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定本文件使用翻譯法等同采用ISO19679:2020《塑料海水沙質沉積物界面非漂浮塑料材料最終需請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由全國生物基材料及降解制品標準化技術委員會(TC380)提出并歸口。廣東崇熙環(huán)保科技有限公司、四川大學、安ⅡGB/T40612—2021/ISO19679:2020用可生物降解塑料制成的產品被設計成通過堆肥廠或厭氧消化池中的有機循環(huán)來回收。不能因為這些制品可生物降解(生物分解),而被認為可以隨意地丟棄在環(huán)境中，這是不可取的，這些制品宜被回收和再利用。然而，自然環(huán)境(例如土壤或海洋環(huán)境)塑料的生物降解程度和速率測定試驗方法是值得成的(例如漁具),這些制品有時會被遺失或有意置于海洋環(huán)境中?？缮锝到馑芰喜牧系奶匦钥梢酝ㄟ^應用特定的試驗方法來表征，這些方法能夠對暴露在海洋沉積物和海水中的塑料的生物降解性進行定量評估。用影響可能下沉到亞海岸并到達海底表面。許多生物降解塑料的密度大于1,因此容易下沉。從表面1GB/T40612—2021/ISO19679:2020塑料海水沙質沉積物界面非漂浮塑料材料最終需氧生物分解能力的測定通過測定釋放二氧化碳的方法洋沙質沉積物上有氧生物分解的程度和速率。本試驗方法也適用于其他固體有機材料。本試驗方法是在實驗室條件下模擬海洋中不同海水沉沙區(qū)域的棲息環(huán)境，如在陽光照射到海底的底棲區(qū)(光照區(qū)),在海洋科學中被稱為近濱海帶。本文件描述的條件可能與發(fā)生最大程度生物分解的最佳條件不一致。本文件沒有規(guī)范性引用文件。3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。ISO和IEC中用于本文件的術語和定義見下列網址：——ISO在線瀏覽平臺：可由/obp二氧化碳理論釋放量theoreticalamountofevolvedcarbonioxideThCO?試驗材料完全氧化時所能生成的二氧化碳理論最大值，可由分子式或總有注：以每毫克或每克試驗材料釋放的二氧化碳毫克數(shù)表示(mgCO?/mg試驗材料或gCO?/g試驗材料)。TOC有機化合物所含有的總碳量。注：總有機碳以每100mg化合物含碳毫克數(shù)表示(mgCO?/100mg化合物)。3.3DOC2GB/T40612—2021/ISO19679:20203.4本試驗方法是根據(jù)GB/T19276.2—2003中規(guī)定的二氧化碳釋放量測定方法確定的。試驗介質包在15℃~25℃之間，但不超過28℃,精確到±2℃。任何溫度變化都應在試驗報告中予以解釋說明。氯化鈉(NaCl)22g六水氯化鎂(MgCl?·6H?O)9.7g硫酸鈉(Na?SO?)3.7g氯化鉀(KCl)0.65g碳酸氫鈉(NaHCO?)0.20g用水見(6.1)并定容至1000mL。測定沉積物以及取代人工海水的天然海水中總有機碳(TOC)、pH值和氮含量。沉積物總有機碳3GB/T40612—2021/ISO19679:2020含量應在0.1%～2%之間。拌(最大攪拌速度為20r/min～30r/min)至所需時間。在試驗報告中應記錄前處理過程。7儀器設備宜選用容量為250mL的生物量瓶。在不影響試驗條件的情況下，可使用容量更大的反應器。容器應置于恒溫室或恒溫裝置(如水浴)中。在不影響海水/沉積物界面的情況下，可以對海水進行攪拌。7.2二氧化碳吸收容器將玻璃燒杯置于試驗燒瓶頂部，盛裝10mL濃度為0.0125mol/L的Ba(OH)?溶液或3mL濃度7.3分析天平靈敏度至少應為0.1mg。7.4pH計8步驟試驗材料應采用薄膜或薄片。將試驗材料樣品切成圓片狀。其直徑應小于玻璃燒瓶的直徑，以便于放置在玻璃燒瓶的底部。試驗材料濃度為每升海水加沉積物中至少100mg。樣品質量對應的TOC含量約為60mg/kg。每只燒瓶內的最大樣品質量受限于玻璃燒瓶供氧量。試驗材料濃度宜為150mg/L～300mg/L海水和沉積物。由化學式計算TOC,或者通過合適的分析技術(例如元素分析或符合ISO8245的測定方法)測定TOC,從而計算ThCO?。試驗材料的形態(tài)和形狀可能會影響其生物降解性。如要對比不同種類的塑料材料，宜采用相似形狀和厚度的樣品。使用無灰纖維素濾紙作為參比材料D。如可能，其TOC、形態(tài)和尺寸應與試驗材料的類似。應使用與試驗材料相同形態(tài)的非生物降解聚合物(如聚乙烯)作為負控制參比材料。4GB/T40612—2021/ISO19679:2020a)三個盛裝試驗材料的燒瓶(符號Fr);b)三個用于空白試驗的(符號Fp);c)三個盛裝參比材料的燒瓶(符號Fc);d)三個盛裝負控制參比材料的燒瓶(符號Fn)。通常情況下，使用容積為250mL的試驗瓶。將30g濕沉積物置于燒瓶底部。緩慢倒入70mL天在水/沉積物體積比為3:1至5:1,沉積層約0.3cm至0.5cm的條件下進行。在試驗燒瓶的吸收室中加入二氧化碳吸收劑，通常為3mL濃度為0.5mol/L的KOH或10mL濃度為0.0125mol/L的Ba(OH)?。將燒瓶置于恒溫環(huán)境中，使所有容器達到所需溫度。收集必要的數(shù)據(jù)并監(jiān)測二氧化碳的生成量。新開始。將裁取的塑料薄膜樣品(見8.1)浸在每個測試燒瓶的沉積物上。當使用8.1中規(guī)定的初始試驗物質濃度相對應的，容積為250mL的燒瓶時，樣品(試驗材料和參比材料)質量應為20mg。為了保證試樣與沉積物接觸均勻，宜使用合適的蓋片覆蓋試樣。蓋片也應引入空白容器中做對照，以確保條件相似。示例見附錄A。材料纖維素的生物降解進程，判斷增加營養(yǎng)物或其他措施的必要性和時機。任何添加及使用方法都應在試驗報告中說明。8.7.1CO?和Ba(OH)2反應生成碳酸鋇(BaCO?)沉淀。用濃度為0.05mol/L的HCl滴定剩余Ba(OH)?,直至酚酞指示劑指示或通過自動滴定儀指示終點，來測定CO?產生量。由于靜態(tài)培養(yǎng)，5GB/T40612—2021/ISO19679:2020BaCO?會在液體表面聚集，應通過定期輕輕搖動容器攪碎，以確保連續(xù)地吸收釋放的CO?。用KOH代替Ba(OH)?可避免該問題，不會形成沉淀。8.7.2在超出CO?吸收劑容器的容量前，應及時將其取出并滴定。試驗時間的長短隨沉積物和試驗材料的不同而變化，并且隨沉積物中碳含量的降低而緩慢增加(推薦頻率為前2～3周每3～4天一次，之后每1～3周一次)。在取出吸收劑容器時，反應器應敞開放置，以便在更換10mL新的Ba(OH)?和重新密封反應器之前更新空氣。反應器保持敞開約15min。8.7.3當所有碳均被氧化后，二氧化碳的釋放率達到平穩(wěn)階段。根據(jù)用戶的要求，試驗可在此時或更早時間終止。如可能，可采用適當方法從沉積物中提取殘留的試驗材料并進行量化(可選)。注：也可使用其他適當?shù)姆椒▽O?釋放量進行定量，如紅外CO?分析儀，或配有紅外光度計或重量分析的TOC分析儀，或基于重量分析的方法。8.8結束試驗當CO?釋放量達到恒定(平穩(wěn)階段),并且預期沒有進一步的生物分解時，則認為試驗完成。最長試驗周期為24個月。如果試驗時間較長，應特別注意測試系統(tǒng)(如試驗容器和連接件的密封性)。采取的任何特殊措施，如確保微生物多樣性或提供足夠營養(yǎng)物，都應在試驗報告中詳細說明。試驗的最后一天，測試pH值，并用1mL濃HCl對所有瓶子進行酸洗，以分解碳酸鹽和碳酸氫鹽，繼續(xù)測試24h,最后測量每組燒瓶中的二氧化碳釋放量。9計算結果和表達9.1.1CO?產生量CO?凈產量首先校正反應器內部試驗材料的CO?產生量?？刂瓶瞻撞牧蠠孔鳛榭瞻祝Ｕㄟ^微生物內源呼吸產生的CO?。試驗材料的CO?生成量取決于試驗容器與空白容器之間的差值(以滴定液毫升數(shù)為單位)。然后將滴定HCl的毫升數(shù)換算成產生CO?的毫克數(shù)。當CO?進入吸收劑容器時，反應如式(1)所示：Ba(OH)?+CO?→BaCO?s+H?O (1)生成的BaCO?不溶于水易沉淀。根據(jù)下式，通過HCl滴定10mLCO?吸收劑，確定溶液中剩余的Ba(OH)?含量如式(2)所示：Ba(OH)?+2HCl→BaCl?+2H?O…………(2)剩余Ba(OH)?含量由式(3)計算：…………(3)R.——剩余的Ba(OH)?含量。參與反應的Ba(OH)?取決于吸收器中最初含量與CO?反應后剩余含量間的差值，如式(4)所示：R,=R?！猂, 6GB/T40612—2021/ISO19679:2020R?-——吸收器中Ba(OH)2最初含量；R,-—CO?反應后Ba(OH)2剩余含量。這表明CO?生成量的摩爾數(shù)可由式(5)得到：molCO?=R (5)以KOH作為CO?吸收劑釋放的CO?與KOH反應如下： (6)反應產物K?CO?可溶于水不沉淀。 K?CO?+HCl→KHCO?+KCl,pH=8.5 pH7～pH8之間得到單個滴定終點。CO?吸收量可根據(jù)中和原KOH溶液所需H+量減去中和反應式(8)和式(9)所需H+量確定，如式(10)所示：[HCl]--——HCl溶液濃度(0.05mol/L)。如果使用滴定儀，可在不使用指示劑的情況下通過進一步反應確定CO?的摩爾數(shù)。進一步添加HCl,使HCl和式(9)生成的KHCO?發(fā)生反應： 式(11)中消耗的HCl量，對應于式(9)中生成的KHCO?量，對應于式(6)生成的K?CO?量，即CO?吸收量。因此在式(6)中1molKHCO?對應于反應1molCO?。因而mmolCO?相當于式(10)終點時所消 最終通過式(13)得到CO?的量，單位為毫克(7GB/T40612—2021/ISO19679:2020mgCO?=mmolCO?×44…………(13)44——-CO?的相對分子量，單位為每克每摩爾(g/mol)。9.1.2生物分解百分率生物分解百分率是CO?釋放量和CO?(ThCO?)理論釋放量之間的比值。ThCO?見式(14),生物分解百分率見式(15):S——樣品質量，單位為毫克(mg);TOC(%)———塑料材料(或參比材料)的總有機碳除以100;44——CO?的相對分子量，單位為每克每摩爾(g/mol);12——2的相對分子量，單位為每克每摩爾(g/mol)。因此，…………(14)…………(15)%B——生物分解百分率，%;CO?——CO?釋放量，單位為毫克(mg);ThCO?——二氧化碳理論釋放量。9.2外觀檢驗在試驗結束時，檢查樣品的狀況。如果樣品仍然存在，則回收樣品以進行質量測定、其他分析和拍照。9.3結果表達與解釋按照每個測量間隔下二氧化碳的釋放量及生物分解百分率，為每個試驗瓶制定表格。以時間為橫坐標，為每個試驗瓶繪制、二氧化碳釋放量曲線和生物分解百分率曲線?？蓪ζ骄锝到獍俜致世L制曲線。生物分解百分率最大值又生物分解曲線平穩(wěn)階段的平均值或最高值求得，如：當曲線開始下降或在平穩(wěn)階段緩慢增加時，表示試驗材料的生物分解程度。試驗材料的吸濕性和形狀可能會對實驗結果產生，因此試驗宜選用化學結構類似的試驗材料進行比較。當試驗結果顯示較低生物分解率時，試驗材料的毒性資料可能有助于結果的解釋。10結果的有效性試驗只有符合下列條件時，結果才應被認為有效：的生物降解率大于60%;b)6個月后，試驗結束時空白試驗瓶(Fg)的CO?釋放量不超過3.5mgCO?/g濕沉積物(見8.3);c)在平穩(wěn)階段或試驗結束時，三個空白試驗瓶(F?)的CO?釋放量平均值應小于或等于20%;d)試驗結束時，在不同試驗瓶中參比材料的生物分解百分比間的相對偏差應小于或等于20%;8GB/T40612—2021/ISO19679:2020e)試驗結束時，陰性參比(Fn)的生物分解百分率應小于10%。試驗報告應至少包含下列內容：d)所用海洋沉積物的來源和用量；e)過程中的任何偏差；f)觀察到的任何異常特征；i)試驗材料和參比材料的全部測試結果(以表格和圖片的形式),包括CO?釋放量和生物分解百9GB/T40612—2021/ISO19679:2020(資料性)基于CO?測定的呼吸測量系統(tǒng)示例CO?釋放量的測定可通過在密閉系統(tǒng)中收集釋放的CO?,采用適當?shù)牡味ㄏ到y(tǒng)對其進行定量。試驗瓶(見圖A.1)中的微生物消耗氧氣并生成CO?。釋放的CO?被二氧化碳吸收劑(通常為NaOH)吸通常情況下，使用容積為250mL的燒瓶。沉積物約占20mL,海水約占70mL,頂部空間約為160mL。在1個大氣壓、28℃和相對濕度100%的情況下，空氣中的O?約為0.261mg/mL。這表明開始時的可用O?為0.261mg/mL×160mL=41.76mg/mL(1.305mmol)。海水中溶解O?的量可忽略不計。該O?含量足以將15.66mg可生物降解的有機碳氧化成CO?和H?O,并生成1.305×44=當O?濃度降到原始O?濃度的25%時，需要打開系統(tǒng)使頂部空氣更新。5——CO?吸收劑容器。圖A.1試驗瓶GB/T40612—2021/ISO19679:2020[3]ISO8245Waterquality—Guidelinesforthedeterminationoftotalorganiccarbon(TOC)anddissolvedorganiccarbon(DOC)[4]ISO14852Determinationoftheultimateaerobicbiodegradabilityofplasticmaterialsinanaqueousmedium—Methodbyanalysisofevolvedcarbondioxide[5]ISO/TC61/SC5/WG