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Extraction of microplastics from compost
fenton reagent optimisation for efficient organic matrix removal and degradable polymer recovery
Julius Vincent Heinemann
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Environmental Systems: Processes - Pollution - Solutions
Betreuer*in
Thilo Hofmann
DOI
10.25365/thesis.77671
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-23392.01091.136611-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Biologisch abbaubare Kunststoffe gelten als vielversprechende Alternative zu konventionellen, auf fossilen Brennstoffen basierenden Kunststoffen, da sie potenzielle Umweltvorteile bieten. Bei der Entsorgung im Kompost zerfallen sie jedoch in Mikroplastik. Das Verständnis ihres Verhaltens, der Abbauraten und der Partikelgrößen sowie die Entwicklung einer standardisierten Methode zur Mikroplastik-Extraktion sind bislang begrenzt. Ziel dieser Studie war es, die Effizienz, Kosteneffektivität und Rückgewinnungsraten bei der Extraktion biologisch abbaubarer Kunststoffe, insbesondere Polylactid und Polybutylen(adipat-co-terephthalat), aus Kompost zu verbessern. Dazu wurde die Fenton-Reagenz-Methode zur Entfernung der organischen Matrix optimiert, um Schäden an den Polymeren zu minimieren. Verschiedene Konzentrationen von Wasserstoffperoxid und Eisenkatalysator wurden getestet. Der Massenverlust und die Entfernung des organischen Kohlenstoffs wurden gemessen und mit unbehandelten Kontrollproben verglichen. Das optimierte Protokoll erzielte eine durchschnittliche organische Kohlenstoffentfernung von 82.53% ± 6.64%, wobei die Reaktionstemperaturen unter 50 °C gehalten wurden. Die Auswirkungen auf Polylactid- und Polybutylen(adipat-co-terephthalat)-Partikel wurden mittels digitaler optischer Mikroskopie, Partikelanalyse in Fiji und statistischer Auswertung in RStudio untersucht. Es wurde eine leichte Verringerung der Partikelgröße beobachtet, jedoch keine statistisch signifikanten Unterschiede in der Partikelgrößenverteilung zwischen den Proben vor und nach der Behandlung festgestellt. Im Vergleich zu früheren Protokollen reduziert die hier vorgestellte Methode die Prozessdauer erheblich und gewährleistet Reproduzierbarkeit. Diese skalierbare, kosteneffiziente und zeitsparende Lösung unterstützt sowohl die industrielle Entwicklung von Biokunststoffen als auch das Umweltmonitoring.
Abstract
(Englisch)
Biodegradable plastics are a promising alternative to conventional fossil-fuel-based plastics due to their potential environmental benefits. However, when disposed of in compost, they fragment into microplastics. Understandings of their behaviour, degradation rates, particle sizes and the development of a standardised microplastic extraction method remains limited. This study aimed to improve the efficiency, cost-effectiveness, and recovery rates of extracting degradable plastics from compost, specifically polylactic acid and polybutylene adipate-co-terephthalate. To achieve this, we optimised the Fenton reagent method for organic matter removal while minimising damage to the polymers. Different concentrations of hydrogen peroxide and iron catalyst were tested. We measured mass loss and total organic carbon removal, comparing results to untreated controls. The optimised protocol achieved an average organic carbon removal of 82.53% ± 6.64% while keeping temperatures below 50 °C during the reaction. The impact on polylactic acid and polybutylene adipate-co-terephthalate particles was assessed using digital optical microscopy and particle analysis in Fiji, followed by a statistical evaluation in RStudio. A slight reduction in particle size was observed, however, no statistically significant differences in particle size distribution were found between pre- and post-treatment samples. Compared to previous protocols, the presented method significantly reduces processing time and ensures reproducibility. This scalable, cost- and time-effective solution supports industrial bioplastic development and environmental monitoring.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Mikroplastik Fenton-Reaktion Biologisch abbaubarer Kunststoff Kompost Mikroplastik Extraktion PBAT PLA Polylactid Polybutylenadipat-co-terephthalat Polybutylen Oxidation
Schlagwörter
(Englisch)
microplastics Fenton reaction biodegradable polymers compost microplastics extraction protocol PBAT PLA polylactic acid polybutylene adipate-co-terephthalate oxidation
Autor*innen
Julius Vincent Heinemann
Haupttitel (Englisch)
Extraction of microplastics from compost
Hauptuntertitel (Englisch)
fenton reagent optimisation for efficient organic matrix removal and degradable polymer recovery
Publikationsjahr
2024
Umfangsangabe
VII, 59 Seiten, Seiten A-R : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Thilo Hofmann
Klassifikationen
43 Umweltforschung > 43.00 Umweltforschung. Umweltschutz. Allgemeines ,
51 Werkstoffkunde > 51.70 Polymerwerkstoffe. Kunststoffe
AC Nummer
AC17430553
Utheses ID
74174
Studienkennzahl
UA | 066 | 299 | |