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CN113854413B - 一种黄粉虫诱食剂及利用黄粉虫降解塑料的方法 - Google Patents

一种黄粉虫诱食剂及利用黄粉虫降解塑料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于塑料降解技术领域，公开了一种黄粉虫诱食剂及利用黄粉虫降解塑的方法。该黄粉虫诱食剂包括谷氨酸或谷氨酸盐，以及糖类。本发明通过谷氨酸或谷氨酸盐与糖类的配合使用，能够诱导黄粉虫进食塑料，尤其是对聚苯乙烯的进食，使黄粉虫及其肠道微生物每天降解塑料的速率提高约125％‑224％。本发明提供的利用黄粉虫降解塑料的方法，其操作简单，原料易配制，对塑料的降解效率高，能够适用于塑料的大规模降解应用。

Description

一种黄粉虫诱食剂及利用黄粉虫降解塑料的方法
技术领域
本发明属于塑料降解技术领域，具体涉及一种黄粉虫诱食剂及利用黄粉虫降解塑的方法。
背景技术
塑料是一种十分难降解的材料，如聚苯乙烯大约需要1万年的时间才能自然降解。即使能在自然界中降解也会造成微塑料污染问题，冲击大自然生态和食物链，长远来说也会影响人类的饮用水资源和粮食。而焚烧塑料也会释出很多有害物质，如焚烧聚苯乙烯会产生约50种有害气体，例如苯乙烯、苯、一氧化碳、甲烷、甲苯及乙烯等气体。目前发现利用生物降解塑料，其降解过程中并没有有害物质的检出，是一种非常环保的降解方法。但是利用生物降解，其效率慢，实际应用价值小。
黄粉虫(Tenebrio molitor)能降解塑料已被科学界所知。黄粉虫是一种全变态发育的昆虫，胚后发育经历幼虫、蛹和成虫三个形态完全不同的发育阶段，不同阶段所需营养差异极大。由于黄粉虫也是杂食性昆虫，发育过程中营养需要主要有碳水化合物、蛋白质、脂类、维生素、矿物质和水等，缺少任何一种营养素都会在不同程度上影响黄粉虫的发育、生活力和生产力，而黄粉虫的发育程度会直接影响塑料降解率。
目前的研究表明，加速黄粉虫降解和进食塑料是相当困难，所以现今还没有将这项技术应用于环保科技中。
因此，亟需提供一种利用黄粉虫降解塑料的方法，能够诱导黄粉虫进食塑料，提高塑料的降解效率。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种黄粉虫诱食剂及利用黄粉虫降解塑的方法，能够诱导黄粉虫进食塑料，使黄粉虫及其肠道微生物每天降解塑料的速率提高224％。
本发明第一方面提供了一种黄粉虫诱食剂。
具体的，一种黄粉虫诱食剂，包括谷氨酸或谷氨酸盐，以及糖类。
优选的，所述谷氨酸或谷氨酸盐与所述糖类的质量比为1：(0.3-30)；进一步优选的，所述谷氨酸或谷氨酸盐与所述糖类的质量比为1：(1-10)；更优选的，所述谷氨酸或谷氨酸盐与所述糖类的质量比为1：(2-6)。
优选的，所述谷氨酸盐包括谷氨酸钠或谷氨酸钾。
优选的，所述糖类选自葡萄糖、果糖、麦芽糖或蔗糖中的至少一种。
本发明第二方面提供了一种利用黄粉虫降解塑的方法。
具体的，一种利用黄粉虫降解塑的方法，包括以下步骤：
将所述黄粉虫诱食剂加水溶解，得黄粉虫诱食剂溶液；然后在塑料上喷洒、涂覆或浸渍所述黄粉虫诱食剂溶液；再加入黄粉虫，培养，降解塑料。
优选的，所述溶剂为水或醇中的至少一种。
优选的，在所述黄粉虫诱食剂溶液中，所述黄粉虫诱食剂的质量占比为0.1％-50％；进一步优选的，所述黄粉虫诱食剂的质量占比为0.5％-30％；更优选的，所述黄粉虫诱食剂的质量占比为1％-20％。
优选的，所述塑料为聚苯乙烯。
优选的，所述塑料与所述黄粉虫诱食剂溶剂的质量比为1：(1-3)；进一步优选的所述塑料与所述黄粉虫诱食剂溶剂的质量比为1：(1.5-2.5)。
优选的，所述黄粉虫的加入量与所述塑料的质量比为(30-300):1；进一步优选的，所述黄粉虫的加入量与所述塑料的质量比为(60-200):1；更优选的，所述黄粉虫的加入量与所述塑料的质量比为(50-100):1。通过控制黄粉虫和塑料的质量比，能够提高塑料的降解效率，当黄粉虫的加入量过少或过多都会影响降解效率。
优选的，所述培养的温度为15-35℃，所述培养的相对湿度为50％-80％；进一步优选的，所述培养的温度为20-30℃，所述培养的相对湿度为55％-70％。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
(1)本发明提供了一种黄粉虫诱食剂，通过谷氨酸或谷氨酸盐与糖类的配合使用，能够诱导黄粉虫进食塑料，尤其是对聚苯乙烯的进食，使黄粉虫及其肠道微生物每天降解塑料的速率提高了125％-224％。
(2)本发明提供的利用黄粉虫降解塑料的方法，其操作简单，原料易配制，对塑料的降解效率高，能够适用于塑料的大规模降解应用。
附图说明
图1为实施例1在第0天降解聚苯乙烯的情况图；
图2为实施例1在第2天降解聚苯乙烯的情况图；
图3为实施例1在第5天降解聚苯乙烯的情况图。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。
以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。
实施例1
一种黄粉虫诱食剂，包括1.5g谷氨酸钠和5g蔗糖。
一种利用黄粉虫降解塑的方法，包括以下步骤：
向上述黄粉虫诱食剂中加入93.5g水，充分溶解，得到黄粉虫诱食剂溶液；然后将1g黄粉虫诱食剂溶液均匀喷洒在尺寸为60mm×40mm×5mm，总重量为0.57g的聚苯乙烯上；再加入30g黄粉虫，于温度为25℃、相对湿度为60％下培养，降解塑料。
实施例2
一种黄粉虫诱食剂，包括1.5g谷氨酸钠和5g蔗糖。
一种利用黄粉虫降解塑的方法，包括以下步骤：
向上述黄粉虫诱食剂中加入93.5g水，充分溶解，得到黄粉虫诱食剂溶液；然后将1g黄粉虫诱食剂溶液均匀喷洒在尺寸为60mm×40mm×5mm，总重量为0.56g的聚苯乙烯上；再加入60g黄粉虫，于温度为25℃、相对湿度为60％下培养，降解塑料。
实施例3
一种黄粉虫诱食剂，包括1.5g谷氨酸钠和5g蔗糖。
一种利用黄粉虫降解塑的方法，包括以下步骤：
向上述黄粉虫诱食剂中加入93.5g水，充分溶解，得到黄粉虫诱食剂溶液；然后将1g黄粉虫诱食剂溶液均匀喷洒在尺寸为60mm×40mm×5mm，总重量为0.58g的聚苯乙烯上；再加入100g黄粉虫，于温度为25℃、相对湿度为60％下培养，降解塑料。
实施例4
一种黄粉虫诱食剂，包括0.5g谷氨酸钠和1.67g蔗糖。
一种利用黄粉虫降解塑的方法，包括以下步骤：
向上述黄粉虫诱食剂中加入97.83g水，充分溶解，得到黄粉虫诱食剂溶液；然后将1g黄粉虫诱食剂溶液均匀喷洒在尺寸为60mm×40mm×5mm，总重量为0.56g的聚苯乙烯上；再加入30g黄粉虫，于温度为28℃、相对湿度为65％下培养，降解塑料。
实施例5
一种黄粉虫诱食剂，包括1.5g谷氨酸钠和5g蔗糖。
一种利用黄粉虫降解塑的方法，包括以下步骤：
向上述黄粉虫诱食剂中加入93.5g水，充分溶解，得到黄粉虫诱食剂溶液；然后将1g黄粉虫诱食剂溶液均匀喷洒在尺寸为60mm×40mm×5mm，总重量为0.56g的聚苯乙烯上；再加入30g黄粉虫，于温度为28℃、相对湿度为65％下培养，降解塑料。
实施例6
一种黄粉虫诱食剂，包括4.5g谷氨酸钠和15g蔗糖。
一种利用黄粉虫降解塑的方法，包括以下步骤：
向上述黄粉虫诱食剂中加入80.5g水，充分溶解，得到黄粉虫诱食剂溶液；然后将1g黄粉虫诱食剂溶液均匀喷洒在尺寸为60mm×40mm×5mm，总重量为0.57g的聚苯乙烯上；再加入30g黄粉虫，于温度为28℃、相对湿度为65％下培养，降解塑料。
实施例7
一种黄粉虫诱食剂，包括0.6g谷氨酸钠和6g蔗糖。
一种利用黄粉虫降解塑的方法，包括以下步骤：
向上述黄粉虫诱食剂中加入93.4g水，充分溶解，得到黄粉虫诱食剂溶液；然后将1g黄粉虫诱食剂溶液均匀喷洒在尺寸为60mm×40mm×5mm，总重量为0.56g的聚苯乙烯上；再加入30g黄粉虫，于温度为28℃、相对湿度为65％下培养，降解塑料。
实施例8
一种黄粉虫诱食剂，包括3.25g谷氨酸钠和3.25g蔗糖。
一种利用黄粉虫降解塑的方法，包括以下步骤：
向上述黄粉虫诱食剂中加入93.5g水，充分溶解，得到黄粉虫诱食剂溶液；然后将1g黄粉虫诱食剂溶液均匀喷洒在尺寸为60mm×40mm×5mm，总重量为0.56g的聚苯乙烯上；再加入30g黄粉虫，于温度为28℃、相对湿度为65％下培养，降解塑料。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，不加入黄粉虫诱食剂，直接加入30g黄粉虫到尺寸为60mm×40mm×5mm，总重量为0.57g的聚苯乙烯上，于温度为25℃、相对湿度为60％下培养，降解塑料。
对比例2
对比例2与实施例2的区别在于，不加入黄粉虫诱食剂，直接加入60g黄粉虫到尺寸为60mm×40mm×5mm，总重量为0.57g的聚苯乙烯上，于温度为25℃、相对湿度为60％下培养，降解塑料。
对比例3
对比例3与实施例3的区别在于，不加入黄粉虫诱食剂，直接加入90g黄粉虫到尺寸为60mm×40mm×5mm，总重量为0.57g的聚苯乙烯上，于温度为25℃、相对湿度为60％下培养，降解塑料。
对比例4
一种黄粉虫诱食剂，包括6.5g谷氨酸钠。
一种利用黄粉虫降解塑的方法，包括以下步骤：
向上述黄粉虫诱食剂中加入93.5g水，充分溶解，得到黄粉虫诱食剂溶液；然后将1g黄粉虫诱食剂溶液均匀喷洒在尺寸为60mm×40mm×5mm，总重量为0.56g的聚苯乙烯上；再加入30g黄粉虫，于温度为28℃、相对湿度为65％下培养，降解塑料。
对比例5
一种黄粉虫诱食剂，包括6.5g蔗糖。
一种利用黄粉虫降解塑的方法，包括以下步骤：
向上述黄粉虫诱食剂中加入93.5g水，充分溶解，得到黄粉虫诱食剂溶液；然后将1g黄粉虫诱食剂溶液均匀喷洒在尺寸为60mm×40mm×5mm，总重量为0.56g的聚苯乙烯上；再加入30g黄粉虫，于温度为28℃、相对湿度为65％下培养，降解塑料。
产品效果测试
(1)分别采用实施例1和对比例1提供的方法降解塑，实施例1和对比例1均进行5次试验(分别对应实施例1-1至实施例1-5，对比例1-1至对比例1-5)，按天记录聚苯乙烯的重量(g)，并计算每天的降解速度、平均每天降解速度，以及平均每天虫进食多少自身重量的塑料。
其中，每天降解速度＝(第n-1天聚苯乙烯的重量-第n天聚苯乙烯的重量)/第n-1天聚苯乙烯的重量，n＝1-5；
平均每天降解速度＝(第1天降解速度+第2天降解速度+第3天降解速度+第4天降解速度+第5天降解速度)/5；
每条虫平均每天降解塑胶重量＝(第0天塑料的重量-第5天塑料的重量)/(总天数×虫条数)；
每条虫平均每天降解自身重量的塑胶(％)＝每条虫平均每天降解塑胶重量/平均每条虫的重量×100％。
测试结果见表1和表2。实施例1在第0天、第2天和第5天降解聚苯乙烯的情况图见图1、图2和图3。
表1
Figure BDA0003299570780000061
Figure BDA0003299570780000071
表2
Figure BDA0003299570780000072
由表1和表2可知，当聚苯乙烯与黄粉虫的质量约为1：60时，加入诱食剂后，每条虫平均每天降解自身重量31.8％的塑胶；相比于对比例1不加入诱食剂，每条虫平均每天降解自身重量9.8％的塑胶，实施例1降解塑料的速率是对比例1的3.24倍，提高了224％。
(2)分别采用实施例2和对比例2提供的方法降解塑，实施例2和对比例2均进行5次试验(分别对应实施例2-1至实施例2-5，对比例2-1至对比例2-5)，按天记录聚苯乙烯的重量(g)，并计算每天的降解速度、平均每天降解速度，以及平均每天虫进食多少自身重量的塑料。测试结果见表3和表4。
表3
Figure BDA0003299570780000073
Figure BDA0003299570780000081
表4
Figure BDA0003299570780000082
Figure BDA0003299570780000091
由表3和表4可知，当聚苯乙烯与黄粉虫的质量约为1：120时，当加入诱食剂后，每条虫平均每天降解自身重量17％的塑胶；相比于对比例2不加入诱食剂，每条虫平均每天降解自身重量5.4％的塑胶，实施例2降解塑料的速率是对比例2的3.15倍，提高了215％。
(3)分别采用实施例3和对比例3提供的方法降解塑，实施例3和对比例3均进行5次试验(分别对应实施例3-1至实施例3-5，对比例3-1至对比例3-5)，按天记录聚苯乙烯的重量(g)，并计算每天的降解速度、平均每天降解速度，以及平均每天虫进食多少自身重量的塑料。测试结果见表5和表6。
表5
Figure BDA0003299570780000092
注：O代表已全部降解。
表6
Figure BDA0003299570780000093
Figure BDA0003299570780000101
注：表中不适用的情况分为：1.已完全降解；2.因收塑料含水量和环境湿度因素使降解速度出现负值。
由表5和表6可知，当聚苯乙烯与黄粉虫的质量约为1：200时，当加入诱食剂后，每条虫平均每天降解自身重量14.4％的塑胶；相比于对比例3不加入诱食剂，每条虫平均每天降解自身重量6.4％的塑胶，实施例3降解塑料的速率是对比例3的2.25倍，提高了125％。
(4)分别采用实施例4-6提供的方法降解塑，每个实施例均进行3次试验，按天记录聚苯乙烯的重量(g)，并计算每天的降解速度、平均每天降解速度，以及平均每天虫进食多少自身重量的塑料。测试结果见表7和表8。
表7
Figure BDA0003299570780000102
Figure BDA0003299570780000111
表8
Figure BDA0003299570780000112
由表7和表8可知，诱食剂中有效成分(谷氨酸钠和糖)含量在2％-20％时，均能有效诱导黄粉虫进食，提高黄粉虫对聚苯乙烯的降解效率。通过调整诱食剂中谷氨酸钠与糖的比例，诱食剂仍能提高黄粉虫对聚苯乙烯的降解效率。
而当诱食剂中只含谷氨酸钠或糖时，诱食剂无法很好地提高黄粉虫对聚苯乙烯的降解效率。

Claims (4)

1.一种利用黄粉虫降解塑料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将黄粉虫诱食剂加水溶解，得黄粉虫诱食剂溶液；然后在塑料上喷洒、涂覆或浸渍所述黄粉虫诱食剂溶液；再加入黄粉虫，培养，降解塑料；所述塑料为聚苯乙烯；
所述黄粉虫诱食剂，由谷氨酸或谷氨酸盐，以及糖类组成；所述谷氨酸或谷氨酸盐与所述糖类的质量比为1：（1-10）；
所述谷氨酸盐包括谷氨酸钠或谷氨酸钾；所述糖类选自葡萄糖、果糖、麦芽糖或蔗糖中的至少一种；
所述塑料与所述黄粉虫诱食剂溶液的质量比为1：（1-3）；
所述黄粉虫的加入量与所述塑料的质量比为（30-300）:1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述黄粉虫诱食剂溶液中，所述黄粉虫诱食剂的质量占比为0.1%-50%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述黄粉虫的加入量与所述塑料的质量比为（60-200）:1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述培养的温度为15-35℃，所述培养的相对湿度为50%-80％。
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