МУНИЦИПАЛЬНОЕ АВТОНОМНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«ГИМНАЗИЯ №1 г. БЛАГОВЕЩЕНСКА»
Итоговый индивидуальный проект
Тема «Биобутылка»
Предметная область: «химия»
Выполнила: ФИО,
ученица _ класса
МАОУ «Гимназия №1
г. Благовещенска»
Руководитель: Коротаева Анна Николаевна,
учитель химии
МАОУ «Гимназия №1
г. Благовещенска»
г. Благовещенск – 2017 г
Содержание
Введение 3
1. Производство традиционной пластиковой бутылки 5
2. Производство биобутылки 8
Выводы 10
Литература 11
Введение.
Одно из главных направлений использования синтетических полимерных материалов - производство упаковки для жидких пищевых продуктов. В основном это бутылки, изготовленные из полиэтилентерефталата (ПЭТ). Благодаря прочности и небольшому весу ПЭТ уверенно вытесняет с рынка другие виды упаковочных материалов. Стеклянная бутылка сегодня уже практически не используется для розлива минеральных вод, молока, растительного масла или соков, а поливинилхлорид, картон или полистирол значительно уступают полиэтилентерефталату в практичности и безопасности для здоровья потребителей.
Основным сырьем для производства ПЭТ служат нефть и попутные нефтяные газы – ценные природные источники углеводородов, а в частности этана, с которого и начинается все производство.
Пластиковые бутылки по большому счету – продукт одноразового использования, который в России практически не утилизируется должным образом, а просто выбрасывается на свалки или, в крайнем случае, сжигается. Так стоит ли тратить дорогое сырье для производства одноразовой вещи? Нельзя ли найти ему замену?
В 2009 г компания Coca-Cola (владелец торговой марки BonAqua) запустила технологию PlantBottle, которая предусматривает замену нефти и попутного нефтяного газа на этиловый спирт, из него делают этилен, и далее ПЭТ. Тонкость этого процесса в том, что этиловый спирт имеет природное происхождение, поскольку его получают из биомассы.[4]
Гипотеза исследования: производство биобутылок позволит снизить антропогенную нагрузку на природу.
Цель исследования: сравнить производство биобутылки с производством традиционной пластиковой бутылки из ПЭТ и выявить степень воздействия этого производства на природу.
Задачи исследования:
1. сбор сведений о производстве полиэтилентерефталата: сырье, схемы химических реакций, лежащих в основе производства;
2. выявление этапов производства биобутылки, их отличие от традиционного производства.
Предмет исследования: отличие в этапах производства биобутылки и традиционной бутылки.
Объект исследования: традиционная пластиковая бутылка и биобутылка.
Методы исследования:
1. теоретические: анализ научной литературы и интернет-ресурсов;
2. эмпирические: обобщение знаний, сравнение и анализ полученной информации.
Продукт проектной работы: информационный лист об отличии биобутылки от традиционной.
1. Производство традиционной пластиковой бутылки
Основное сырье для производства традиционных пластиковых бутылок — это полиэтилентерефталат (известный также как ПЭТ), представляющий собой гранулированный в промышленных условиях термополимер.
Популярность ПЭТ обусловлена его стойкостью к слабым кислотам и щелочам, жирам, бензину и спиртам. Как материал для упаковки, ПЭТ имеет и другие преимущества:
- малый вес достаточно объемной тары;
- возможность широкого применения благодаря химической нейтральности;
- износоустойчивость, долговечность и отсутствие хрупкости;
- высокую прозрачность, возможность окрашивания в любой цвет. Существенными недостатками тары из ПЭТ являются её относительно низкие барьерные свойства. Она пропускает в бутылку ультрафиолетовые лучи и кислород, а наружу — углекислоту, что ухудшает качество и сокращает срок хранения продукта. Это связано с тем, что высокомолекулярная структура полиэтилентерефталата не является препятствием для газов, имеющих небольшие размеры молекул относительно цепочек полимера.[5]
Полиэтилентерефталат – продукт поликонденсации этиленгликоля с терефталевой кислотой (рисунок 1). [1]
Рисунок 1. Структурное звено ПЭТ.
Поликонденсация – это реакция образования высокомолекулярных соединений, при котором рост полимерных цепей сопровождается выделением низкомолекулярных веществ. [2]
Схему производства ПЭТ можно описать следующим образом:
этан → этилен → этиленгликоль → полиэтилентерефталат
Этан - основное вещество, из которого в процессе дегидрирования получается этилен (1), а окислением этилена в присутствии серебряного катализатора получают оксид этилена (2), из которого производят– этиленгликоль (3).
1. СН3 – СН3 → СН2=СН2 + Н2
2. 2 СН2=СН2 + О2 → 2 Н2С – СН2
О
3. Н2С – СН2 + НОН → НО - Н2С – СН2 – ОН [1],[2]
О
Реакция, лежащая в основе производства ПЭТ [5]:
Терефталевая кислота - продукт окисления п-ксилола (п-диметилбензола) в присутствии катализаторов марганца и кобальта. Около 90% производимой терефталевой кислоты используется для получения ПЭТ, оставшиеся 10% - для производства полибутилентерефталата (изоляционного материала).[1]
Бутылки, произведенные из полиэтилентерефталата, в России практически не утилизируются. И только несколько компаний занимаются рециклингом ПЭТ.
Отходы собираются, сортируются вручную или автоматически и поступают на участок дробления. Загрязненная ПЭТ-дробленка проходит несколько контуров мойки, зону отделения примесей, сушку и поступает в зону растарки. Полученные ПЭТ-хлопья (флексы) можно гранулировать или перерабатывать в негранулированном виде. Вторичный ПЭТ хорошего качества можно использовать без органичений, в том числе для упаковки продуктов. Многие производители ПЭТ-преформ с успехом используют вторсырье в своем производстве.
Кроме того, полиэтилентерефталат можно перерабатывать в активированный уголь, получаемый посредством пиролиза ПЭТ.
Материалы могут использоваться в различных отраслях промышленности:
- электротехника и электроника
- машино - и автомобилестроение
- точная механика
- бытовые приборы.
И тем не менее проблема утилизации изделий из ПЭТ на сегодняшний день стоит очень остро.[5]
2. Производство биобутылки
Биобутылка, несмотря на свое «экологичное» название, также как и обычная, состоит на 100% из полиэтилентерефталата. Кардинальное отличие в сырье, из которого на первом этапе производства получают этилен.
Технология PlantBottle, которую компания Coca-Cola запустила в 2009 году, предусматривает замену этана на этиловый спирт, из него делают этилен (4), и далее по описанной схеме. [2]
4. СН3-СН2-ОН → СН2=СН2 + Н2О
Особенность этого процесса в том, что этиловый спирт имеет природное происхождение, поскольку его получают из биомассы. Coca-Cola закупает этанол в Бразилии, где спирт делают из сахарного тростника. Кстати, Бразилия — крупнейший производитель биоэтанола в мире. В 2013—2014 годах в этой стране произвели 24 миллиарда литров спирта из сахарного тростника — по три литра на каждого жителя планеты.[4]
Полиэтилентерефталат на 30% по массе состоит из этиленгликолевого фрагмента. Вот поэтому в рекламе биобутылки пишут, что она на 30% сделана из материалов растительного происхождения.
Теоретически и второй компонент для поликонденсации — терефталевую кислоту можно научиться делать из биоэтанола, но этот процесс пока находится в стадии разработки.
В 2011 году еще одна компания - PepsiCo - заявила о разработки первой в мире ПЭТ бутылки, на 100% сделанной из возобновляемого растительного сырья. Было заявлено, что при выпуске тары для напитков, компания сможет значительно снизить выбросы углекислого газа.
В официальном пресс-релизе компании сообщалось, что «зеленая» бутылка изготавливается из биологического сырья, в том числе проса, сосновой коры и кукурузной шелухи. При этом она выглядит так же, как и обычные пластиковые бутылки. Использование новой тары, как считают в PepsiCo, поможет снизить выброс вредных веществ в атмосферу и снизить негативное влияние на экологию. [3]
Кроме того, компания предположила, что список используемого сырья увеличится за счет добавления в него апельсиновой кожуры, картофельных очистков, овсяной шелухи и других сельскохозяйственных отходов, образуемых на пищевых производствах PepsiCo.
Соединив биологические и химические процессы, как заявляла компания, PepsiCo разработала метод создания молекулярной структуры идентичной материалу ПЭТ на основе нефти. В результате новая биобутылка по своим характеристикам ни в чем не должна уступать традиционной ПЭТ бутылке.
Разработка экологически чистой бутылки велась много лет и обошлась PepsiCo в несколько миллионов долларов. Пробные партии напитков в новой упаковке компания планировала выпустить на рынок в 2012 году. Однако, после 2011 года ни одного упоминания о новой биобутылке, изготовленной этой компанией, нет.[4]
Сравним характеристики и стадии изготовления биобутылки с традиционной бутылкой из ПЭТ.
1. И биобутылка и традиционная бутылка состоят из полиэтилентерефталата - синтетического полимера.
2. Производство традиционной биобутылки начинается с этана, который является ценным невозобновляемым углеводородным сырьем и может быть использован в других производствах.[3]
3. Производство биобутылки начинается с этанола, который получают из возобновляемого сырья .[3]
4. Количество стадий производства для обоих случает совершенно одинаково, однако стоимость биобутылки несколько выше.
Выводы.
1. По своему составу и биобутылка и традиционная бутылка одинаковы, изготовлены из одного и того же материала – полиэтилентерефталата. Это синтетическое вещество, которое не разлагается микроорганизмами и не включается в естественный круговорот веществ. Средний срок разложения ПЭТ около 180 – 200 лет. Следовательно, если в России не будет налажена массовая переработка и утилизация пластиковых бутылок, производство подобной биобутылки антропогенную нагрузку на окружающую среду не снизит.
2. В процессе производства 1 т пластиковых бутылок традиционным способом из этана в атмосферу попадает 2,28 т углекислого газа, при производстве биобутылки из этанола -1,83 т. [4]
Основное снижение выбросов происходит на этапе добычи сырья. Следовательно, производство биобутылки позволяет в данном случае экономить невозобновимые природные ресурсы и уменьшить «углеродный след» человечества, что благоприятно отразится на состоянии окружающей среды (особенно атмосферы).
3. Однако для производства этанола используется сахарный тростник, который выращивают на плантациях, организованных на месте вырубленных тростниковых лесов. Для повышения урожайности используются минеральные удобрения и ядохимикаты. Таким образом, усиливается антропогенное влияние на почву и растительный мир.
4. Итак, производство биобутылки на сегодняшний день не может полностью решить проблему загрязнения окружающей среды пластиковым мусором, не снижает антропогенную нагрузку на растительный мир и почвы, но сокращает выбросы углекислого газа. Таким образом, необходимо продолжать научное изучение этой проблемы всеми странами с привлечением ученых физиков, химиков и биологов.
Литература.
1. Ерёмин В.В. и др. Химия. 10 класс. Углублённый уровень : учебник/В.В. Ерёмин, Н.Е. Кузьменко, В.И. Теренин, А.А. Дроздов, В.В. Лунин. – 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2016. – 446 с.
2. Кузнецова Н.Е. Химия: 10 класс: углублённый уровень: учебник для учащихся общеобразовательных организаций/Н.Е. Кузнецова, Н.Н. Гара, И.М. Титова. – 4-е изд., перераб. – М. : Вентана – Граф, 2014. – 448 с.
3. Чернова Н.М., Галушин В.М., Константинов В.М. Экология. 10 – 11 классы : учебник/Н.М. Чернова, В.М. Галушин, В.М. Константинов : под ред. Н.М. Черновой. – 6-е изд., испр. – М. : Дрофа, 2017. – 301 с.
4. Викторова Л. Из чего сделана биобутылка для воды BonAqua?/Химия и жизнь. - №4. – 2015. – С. 5.
Нет комментариев
Добавить комментарий