(高清版)GBT 40612-2021 塑料　海水沙质沉积物界面非漂浮塑料材料最终需氧生物分解能力的测定　通过测定释放二氧化碳的方法

83.080.01GB/T40612—2021/ISO19679:2020塑料海水沙质沉积物界面非漂浮塑料材料最终需氧生物分解能力的测定通过测定释放二氧化碳的方法(ISO19679:2020,IDT)国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会IGB/T40612—2021/ISO19679:2020本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定本文件使用翻译法等同采用ISO19679:2020《塑料海水沙质沉积物界面非漂浮塑料材料最终需请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国生物基材料及降解制品标准化技术委员会(TC380)提出并归口。广东崇熙环保科技有限公司、四川大学、安ⅡGB/T40612—2021/ISO19679:2020用可生物降解塑料制成的产品被设计成通过堆肥厂或厌氧消化池中的有机循环来回收。不能因为这些制品可生物降解(生物分解),而被认为可以随意地丢弃在环境中，这是不可取的，这些制品宜被回收和再利用。然而，自然环境(例如土壤或海洋环境)塑料的生物降解程度和速率测定试验方法是值得成的(例如渔具),这些制品有时会被遗失或有意置于海洋环境中。可生物降解塑料材料的特性可以通过应用特定的试验方法来表征，这些方法能够对暴露在海洋沉积物和海水中的塑料的生物降解性进行定量评估。用影响可能下沉到亚海岸并到达海底表面。许多生物降解塑料的密度大于1,因此容易下沉。从表面1GB/T40612—2021/ISO19679:2020塑料海水沙质沉积物界面非漂浮塑料材料最终需氧生物分解能力的测定通过测定释放二氧化碳的方法洋沙质沉积物上有氧生物分解的程度和速率。本试验方法也适用于其他固体有机材料。本试验方法是在实验室条件下模拟海洋中不同海水沉沙区域的栖息环境，如在阳光照射到海底的底栖区(光照区),在海洋科学中被称为近滨海带。本文件描述的条件可能与发生最大程度生物分解的最佳条件不一致。本文件没有规范性引用文件。3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。ISO和IEC中用于本文件的术语和定义见下列网址：——ISO在线浏览平台：可由/obp二氧化碳理论释放量theoreticalamountofevolvedcarbonioxideThCO₂试验材料完全氧化时所能生成的二氧化碳理论最大值，可由分子式或总有注：以每毫克或每克试验材料释放的二氧化碳毫克数表示(mgCO₂/mg试验材料或gCO₂/g试验材料)。TOC有机化合物所含有的总碳量。注：总有机碳以每100mg化合物含碳毫克数表示(mgCO₂/100mg化合物)。3.3DOC2GB/T40612—2021/ISO19679:20203.4本试验方法是根据GB/T19276.2—2003中规定的二氧化碳释放量测定方法确定的。试验介质包在15℃~25℃之间，但不超过28℃,精确到±2℃。任何温度变化都应在试验报告中予以解释说明。氯化钠(NaCl)22g六水氯化镁(MgCl₂·6H₂O)9.7g硫酸钠(Na₂SO₄)3.7g氯化钾(KCl)0.65g碳酸氢钠(NaHCO₃)0.20g用水见(6.1)并定容至1000mL。测定沉积物以及取代人工海水的天然海水中总有机碳(TOC)、pH值和氮含量。沉积物总有机碳3GB/T40612—2021/ISO19679:2020含量应在0.1%～2%之间。拌(最大搅拌速度为20r/min～30r/min)至所需时间。在试验报告中应记录前处理过程。7仪器设备宜选用容量为250mL的生物量瓶。在不影响试验条件的情况下，可使用容量更大的反应器。容器应置于恒温室或恒温装置(如水浴)中。在不影响海水/沉积物界面的情况下，可以对海水进行搅拌。7.2二氧化碳吸收容器将玻璃烧杯置于试验烧瓶顶部，盛装10mL浓度为0.0125mol/L的Ba(OH)₂溶液或3mL浓度7.3分析天平灵敏度至少应为0.1mg。7.4pH计8步骤试验材料应采用薄膜或薄片。将试验材料样品切成圆片状。其直径应小于玻璃烧瓶的直径，以便于放置在玻璃烧瓶的底部。试验材料浓度为每升海水加沉积物中至少100mg。样品质量对应的TOC含量约为60mg/kg。每只烧瓶内的最大样品质量受限于玻璃烧瓶供氧量。试验材料浓度宜为150mg/L～300mg/L海水和沉积物。由化学式计算TOC,或者通过合适的分析技术(例如元素分析或符合ISO8245的测定方法)测定TOC,从而计算ThCO₂。试验材料的形态和形状可能会影响其生物降解性。如要对比不同种类的塑料材料，宜采用相似形状和厚度的样品。使用无灰纤维素滤纸作为参比材料D。如可能，其TOC、形态和尺寸应与试验材料的类似。应使用与试验材料相同形态的非生物降解聚合物(如聚乙烯)作为负控制参比材料。4GB/T40612—2021/ISO19679:2020a)三个盛装试验材料的烧瓶(符号Fr);b)三个用于空白试验的(符号Fp);c)三个盛装参比材料的烧瓶(符号Fc);d)三个盛装负控制参比材料的烧瓶(符号Fn)。通常情况下，使用容积为250mL的试验瓶。将30g湿沉积物置于烧瓶底部。缓慢倒入70mL天在水/沉积物体积比为3:1至5:1,沉积层约0.3cm至0.5cm的条件下进行。在试验烧瓶的吸收室中加入二氧化碳吸收剂，通常为3mL浓度为0.5mol/L的KOH或10mL浓度为0.0125mol/L的Ba(OH)₂。将烧瓶置于恒温环境中，使所有容器达到所需温度。收集必要的数据并监测二氧化碳的生成量。新开始。将裁取的塑料薄膜样品(见8.1)浸在每个测试烧瓶的沉积物上。当使用8.1中规定的初始试验物质浓度相对应的，容积为250mL的烧瓶时，样品(试验材料和参比材料)质量应为20mg。为了保证试样与沉积物接触均匀，宜使用合适的盖片覆盖试样。盖片也应引入空白容器中做对照，以确保条件相似。示例见附录A。材料纤维素的生物降解进程，判断增加营养物或其他措施的必要性和时机。任何添加及使用方法都应在试验报告中说明。8.7.1CO₂和Ba(OH)2反应生成碳酸钡(BaCO₃)沉淀。用浓度为0.05mol/L的HCl滴定剩余Ba(OH)₂,直至酚酞指示剂指示或通过自动滴定仪指示终点，来测定CO₂产生量。由于静态培养，5GB/T40612—2021/ISO19679:2020BaCO₃会在液体表面聚集，应通过定期轻轻摇动容器搅碎，以确保连续地吸收释放的CO₂。用KOH代替Ba(OH)₂可避免该问题，不会形成沉淀。8.7.2在超出CO₂吸收剂容器的容量前，应及时将其取出并滴定。试验时间的长短随沉积物和试验材料的不同而变化，并且随沉积物中碳含量的降低而缓慢增加(推荐频率为前2～3周每3～4天一次，之后每1～3周一次)。在取出吸收剂容器时，反应器应敞开放置，以便在更换10mL新的Ba(OH)₂和重新密封反应器之前更新空气。反应器保持敞开约15min。8.7.3当所有碳均被氧化后，二氧化碳的释放率达到平稳阶段。根据用户的要求，试验可在此时或更早时间终止。如可能，可采用适当方法从沉积物中提取残留的试验材料并进行量化(可选)。注：也可使用其他适当的方法对CO₂释放量进行定量，如红外CO₂分析仪，或配有红外光度计或重量分析的TOC分析仪，或基于重量分析的方法。8.8结束试验当CO₂释放量达到恒定(平稳阶段),并且预期没有进一步的生物分解时，则认为试验完成。最长试验周期为24个月。如果试验时间较长，应特别注意测试系统(如试验容器和连接件的密封性)。采取的任何特殊措施，如确保微生物多样性或提供足够营养物，都应在试验报告中详细说明。试验的最后一天，测试pH值，并用1mL浓HCl对所有瓶子进行酸洗，以分解碳酸盐和碳酸氢盐，继续测试24h,最后测量每组烧瓶中的二氧化碳释放量。9计算结果和表达9.1.1CO₂产生量CO₂净产量首先校正反应器内部试验材料的CO₂产生量。控制空白材料烧瓶作为空白，校正通过微生物内源呼吸产生的CO₂。试验材料的CO₂生成量取决于试验容器与空白容器之间的差值(以滴定液毫升数为单位)。然后将滴定HCl的毫升数换算成产生CO₂的毫克数。当CO₂进入吸收剂容器时，反应如式(1)所示：Ba(OH)₂+CO₂→BaCO₃s+H₂O (1)生成的BaCO₃不溶于水易沉淀。根据下式，通过HCl滴定10mLCO₂吸收剂，确定溶液中剩余的Ba(OH)₂含量如式(2)所示：Ba(OH)₂+2HCl→BaCl₂+2H₂O…………(2)剩余Ba(OH)₂含量由式(3)计算：…………(3)R.——剩余的Ba(OH)₂含量。参与反应的Ba(OH)₂取决于吸收器中最初含量与CO₂反应后剩余含量间的差值，如式(4)所示：R,=R。—R, 6GB/T40612—2021/ISO19679:2020R₀-——吸收器中Ba(OH)2最初含量；R,-—CO₂反应后Ba(OH)2剩余含量。这表明CO₂生成量的摩尔数可由式(5)得到：molCO₂=R (5)以KOH作为CO₂吸收剂释放的CO₂与KOH反应如下： (6)反应产物K₂CO₃可溶于水不沉淀。 K₂CO₃+HCl→KHCO₃+KCl,pH=8.5 pH7～pH8之间得到单个滴定终点。CO₂吸收量可根据中和原KOH溶液所需H+量减去中和反应式(8)和式(9)所需H+量确定，如式(10)所示：[HCl]--——HCl溶液浓度(0.05mol/L)。如果使用滴定仪，可在不使用指示剂的情况下通过进一步反应确定CO₂的摩尔数。进一步添加HCl,使HCl和式(9)生成的KHCO₃发生反应： 式(11)中消耗的HCl量，对应于式(9)中生成的KHCO₃量，对应于式(6)生成的K₂CO₃量，即CO₂吸收量。因此在式(6)中1molKHCO₃对应于反应1molCO₂。因而mmolCO₂相当于式(10)终点时所消 最终通过式(13)得到CO₂的量，单位为毫克(7GB/T40612—2021/ISO19679:2020mgCO₂=mmolCO₂×44…………(13)44——-CO₂的相对分子量，单位为每克每摩尔(g/mol)。9.1.2生物分解百分率生物分解百分率是CO₂释放量和CO₂(ThCO₂)理论释放量之间的比值。ThCO₂见式(14),生物分解百分率见式(15):S——样品质量，单位为毫克(mg);TOC(%)———塑料材料(或参比材料)的总有机碳除以100;44——CO₂的相对分子量，单位为每克每摩尔(g/mol);12——2的相对分子量，单位为每克每摩尔(g/mol)。因此，…………(14)…………(15)%B——生物分解百分率，%;CO₂——CO₂释放量，单位为毫克(mg);ThCO₂——二氧化碳理论释放量。9.2外观检验在试验结束时，检查样品的状况。如果样品仍然存在，则回收样品以进行质量测定、其他分析和拍照。9.3结果表达与解释按照每个测量间隔下二氧化碳的释放量及生物分解百分率，为每个试验瓶制定表格。以时间为横坐标，为每个试验瓶绘制、二氧化碳释放量曲线和生物分解百分率曲线。可对平均生物降解百分率绘制曲线。生物分解百分率最大值又生物分解曲线平稳阶段的平均值或最高值求得，如：当曲线开始下降或在平稳阶段缓慢增加时，表示试验材料的生物分解程度。试验材料的吸湿性和形状可能会对实验结果产生，因此试验宜选用化学结构类似的试验材料进行比较。当试验结果显示较低生物分解率时，试验材料的毒性资料可能有助于结果的解释。10结果的有效性试验只有符合下列条件时，结果才应被认为有效：的生物降解率大于60%;b)6个月后，试验结束时空白试验瓶(Fg)的CO₂释放量不超过3.5mgCO₂/g湿沉积物(见8.3);c)在平稳阶段或试验结束时，三个空白试验瓶(F₅)的CO₂释放量平均值应小于或等于20%;d)试验结束时，在不同试验瓶中参比材料的生物分解百分比间的相对偏差应小于或等于20%;8GB/T40612—2021/ISO19679:2020e)试验结束时，阴性参比(Fn)的生物分解百分率应小于10%。试验报告应至少包含下列内容：d)所用海洋沉积物的来源和用量；e)过程中的任何偏差；f)观察到的任何异常特征；i)试验材料和参比材料的全部测试结果(以表格和图片的形式),包括CO₂释放量和生物分解百9GB/T40612—2021/ISO19679:2020(资料性)基于CO₂测定的呼吸测量系统示例CO₂释放量的测定可通过在密闭系统中收集释放的CO₂,采用适当的滴定系统对其进行定量。试验瓶(见图A.1)中的微生物消耗氧气并生成CO₂。释放的CO₂被二氧化碳吸收剂(通常为NaOH)吸通常情况下，使用容积为250mL的烧瓶。沉积物约占20mL,海水约占70mL,顶部空间约为160mL。在1个大气压、28℃和相对湿度100%的情况下，空气中的O₂约为0.261mg/mL。这表明开始时的可用O₂为0.261mg/mL×160mL=41.76mg/mL(1.305mmol)。海水中溶解O₂的量可忽略不计。该O₂含量足以将15.66mg可生物降解的有机碳氧化成CO₂和H₂O,并生成1.305×44=当O₂浓度降到原始O₂浓度的25%时，需要打开系统使顶部空气更新。5——CO₂吸收剂容器。图A.1试验瓶GB/T40612—2021/ISO19679:2020[3]ISO8245Waterquality—Guidelinesforthedeterminationoftotalorganiccarbon(TOC)anddissolvedorganiccarbon(DOC)[4]ISO14852Determinationoftheultimateaerobicbiodegradabilityofplasticmaterialsinanaqueousmedium—Methodbyanalysisofevolvedcarbondioxide[5]ISO/TC61/SC5/WG