Biodegradability of ethoxylated derivatives based on rapeseed oil
Biologická rozložitelnost polyethoxylátů methylesteru řepkového oleje
Vedoucí/Supervisor
Doc. Ing. Jan Koller, CSc.
Jazyk/Language
Czech
Abstrakt
Předložená disertační práce se zabývá studiem biologické rozložitelnosti polyethoxylátů methylesteru řepkového oleje. Testovány byly látky odvozené od methylesteru řepkového oleje (ROFAM) a látky odvozené od methylesteru parciálně ztuženého řepkového oleje (FAMEEH). Dále byl zjišťován biologický rozklad methylesteru řepkového oleje (RME) a čistého řepkového oleje. Stupeň ethoxylace zkoušených látek – počet molů ethylenoxidu - se pohyboval od 1 do 20.
V teoretické části práce jsou shrnuty základní poznatky týkající se procesu biologického rozkladu a normalizované testy biologické rozložitelnosti v rámci OECD a ČSN. Je zde také popsán test CEC L-33-A-93, který slouží ke stanovení biologického rozkladu ve vodě obtížně rozpustných látek. Do teoretické části je zahrnuta i kapitola týkající se současných poznatků o biologickém rozkladu neiontových tenzidů polyethoxylového typu na bázi alkylfenolů a mastných alkoholů. Vedle toho jsou v teoretické části popsány analytické metody užívané ke kvalifikaci a kvantifikaci neiontových tenzidů ethoxylového typu.
Pro testování biologické rozložitelnosti polyethoxylátů methylesteru řepkového oleje byly v rámci práce použity tři zkoušky: stanovení BSK v uzavřených lahvičkách, stanovení BSK v respirometru a CEC L-33-A-93 test. Vzhledem k charakteru většiny testovaných látek, jako je obtížná rozpustnost a povrchová aktivita, vyvstala v případě respirometrických metod nutnost použít různé metody dávkování látek. Pro obtížně rozpustné a povrchově aktivní deriváty bylo v testu v uzavřených lahvičkách použito dávkování látek za pomoci těkavého organického rozpouštědla a v respirometrickém testu dávkování pomocí inertu. Podrobný popis zkoušek na biologickou rozložitelnost je uveden v experimentální části. Kromě toho jsou zde také charakterizovány testované látky a stručně popsány postupy stanovení jednotlivých fyzikálně-chemických parametrů.
Další kapitola obsahuje výsledky provedených experimentů. Data jsou utříděna podle použitých testů biologického rozkladu, přičemž výsledky dosažené metodami s upraveným dávkováním jsou uvedeny v samostatných podkapitolách.
Z výsledků respirometrických testů je zřejmý vliv délky ethylenoxidového řetězce na biologickou rozložitelnost, kdy se s počtem navázaných ethylenoxidových (EO) skupin rozložitelnost zhoršuje a dochází ke změně průběhu rozkladu. U derivátů s 1 až 10 EO skupinami v molekule není zmíněný vliv jednoznačný, významně se projevuje u derivátů s delším ethylenoxidovým řetězcem (15 a 20 EO skupin). Na rozdíl od respirometrických metod prokázal CEC test velmi dobrou biologickou rozložitelnost všech testovaných látek, nebyl zaznamenán vliv délky EO řetězce na biologický rozklad. Primární rozklad všech zkoušených látek je proto možné klasifikovat jako velmi dobrý. Použité modifikace dávkování ethoxyderivátů se ukázaly jako vhodné a je možné je doporučit pro testování biologické rozložitelnosti obtížně rozpustných látek a látek, které tvoří silně pěnicí roztoky.
Abstract
This dissertation thesis deals with the biodegradability testing of ethoxylated derivatives based on rapeseed oil. I have tested substances based on rapeseed oil methylester (ROFAM) and these, which are based on partially saturated rapeseed oil (FAMEEH). In addition I have tested biodegradability of rapeseed oil methylester (RME) and rapeseed oil. Ethoxylation degree of sampled derivatives – the amount of ethylenoxide groups - ranged from 1 to 20.
Theoretical part summarizes basic knowledge concerning the biodegradation process and includes the list of standard OECD and CSN methods. Except mentioned methods there is described CEC L-33-A-93 test, which serves as biodegradation test for testing of water nonsoluble substances. Results of nonionic surfactant biodegradation studies are summarized and furthermore the review of analytical methods used for qualification and quantification of non-ionic surfactants is noted.
Three biodegradability tests have been used in this work: BOD closed bottle test, BOD respirometry test and CEC L-33-A-93 test. It was necessary to use different methods of sampling in case of water non-soluble derivatives in the respirometric tests. Either the sampling by the use of inert material or the sampling by means of carrier volatile organic solvent has been used as an alternative. Experimental Part comprises detailed description of used biodegradability tests, characterization of tested substances and specification of the physico-chemical parameters determination.
Next chapter contains experimental results. Data are arranged individually with respect to used biodegradation tests and method of sampling. Biodegradation kinetic and biodegradation degree of individual derivatives with respect to the hydrophobic and hydrophilic chain is discussed.
Results following from accomplished respirometric trests have manifested the ethoxylate (EO) chain length effect. Biodegradability of tested derivatives has decreased with increasing number of EO groups in the molecule. Effect of ethoxylation degree is evident in the case of derivatives with longer EO chain (15 and 20 EO groups), with regard to the lower ethoxylated compounds the effect on biodegradation is ambiguous. In contrast to the respirometric tests the CEC test has shown very good biodegradability of all tested derivatives. Furthermore no effect of ethoxylation degree has been observed. It means that primary biodegradation of all tested compounds is very good. Sampling modification used within this project appear to be applicable and it could be recommended for biodegradability testing of poorly water soluble compounds as well as for foaming compounds.