自然科学类学术论文思路

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黄粉虫可食用有机塑料研究马晓化学与制药工程学院摘要：目前有机塑料污染问题已非常严峻，处理有机塑料带来的污染是各国研究的主要问题，而目前各国大面积的处理废弃有机塑料方法都有其不足之处，如何更科学的治理有机塑料污染问题是科学家们探讨的热点，而本文利用黄粉虫可以食用有机塑料的发现，进一步通过实验对此种方法进行研究，并为人类处理塑料垃圾提供有益参考。关键词：黄粉虫 有机塑料 白色污染 治理 1、有机塑料的用途及主要处理方法1.1主要用途有机塑料是一种用途广泛的高分子合成材料，在我们的日常生活中处处可见。塑料制品自从被研制开发以来，由于其集金属的坚硬性、木材的轻便性、玻璃的透明性、陶瓷的防腐性以及绝缘性等等优点而被广泛利用。小到我们日常生活中随处可见的手提袋子、口杯、牙刷……大到航空航天、医疗器械、石油化工、机械制造、国防、建筑等各行各业。随着社会的发展，经济的提升，塑料被我们越来越普遍的应用。但是随着塑料制品数量的大幅度上升，有机塑料随即也带来了一些社会问题¬——在城市、旅游景点、甚至乡村随处可见的废旧塑料袋，破坏风景。还有，大量的塑料袋子被埋在地下，由于其构成分子的稳固性，长期滞留在土壤中（分解要经过100-200年），影响土质结构，更直接影响庄稼收成。另外，塑料垃圾中含有许多有害成分，随着雨水流入江河，污染水体。近些年，废旧塑料带来的问题被人们形象地称为“白色污染”。1.2目前主要处理方法目前，各国在城市塑料固体废弃物处理方面，主要采用填埋、焚烧和回收再利用三种方法。从处理的效果来看，这三种方法存在许多不合理之处。首先，填埋会引起土壤结构发生变化，今后难再利用。废旧塑料中含有许多对人体有害物质，如聚氯乙烯含有氯元素，燃烧后则污染空气，破坏大自然。并且随着焚烧的进行，气体放出大量的热量，易损坏焚烧设备。虽然回收利用可以节省资源，减少城市生活垃圾，但是需要很大的人力物力，大部分的回收塑料已经很脏，回收率很低。从节省资源和环境保护这两方面考虑，能够更加有效更加科学的解决塑料问题已经是各国探讨并研究的热点。目前已出现三种类型的可降解塑料——生物降解塑料、化学降解塑料和光照降解塑料。这些新型的塑料的研制和开发是科学家们一直在努力的事情，从生态上讲，这些新型的塑料产品更加科学，从经济上来看，研究这些还要花费大量的经济财力来完成。那么究竟有没有更加简单方便并且节省能源的方法呢？2、黄粉虫可食用有机塑料的发现2.1黄粉虫食用塑料发现在高中时期我曾被这样一条新闻吸引，西安市第八中学一个叫陈重光的学生发现黄粉虫可食用有机塑料。据报道，陈重光是无意间发现黄粉虫可取食泡沫塑料，为了证明她的发现，她利用这个发现作为自己的研究目标，利用现有条件检测黄粉虫是否可以消化和吸收泡沫塑料，以及吸收后是否可以增加体重，能否正常生长。随后，陈重光同学设了不同的实验组和对照组，分别喂取不等量的泡沫塑料和麦麸，定期称量，观察生长现象。结果发现，黄粉虫食用有机塑料派出的粪便和对照组的一样，已经完全没有泡沫塑料的形状，考虑到黄粉虫体内吸收塑料会有一个渐渐过程。她在初始饲料中同时添加了麦麸，使虫体内消化塑料的酶能逐渐适应，接受泡沫塑料。随后给试验组黄粉虫继续喂泡沫塑料，不喂麦麸结果发现，黄粉虫对泡沫塑料的消化转化能力有了很大的提高，说明黄粉虫消化泡沫塑料的能力是可以人为培养的。最初黄粉虫没有消化泡沫塑料的能力，吃进去的泡沫塑料经过虫体将其变形为极小的消化物再排泄出来，但在经过一段时间的泡沫塑料强行喂养后，虫体逐渐提高了消化泡沫塑料的能力，并且这些现象在试验中是十分明显的。根据结果她判断这种可消化有机塑料的物质会是一种活性物质，很可能是一种特殊的复合酶，这种酶可打开高分子键和苯环，破坏有机塑料的分子结构，从而使塑料降解。基于这个实验，她认为将来如能对这种活性物质进一步提纯培养或人工合成，用于工业化生产，将具有十分重要的意义！最后，通过上述实验观察，总结出以下结论：（1）黄粉虫不仅可以食用有机塑料，而且能消化并吸收有机塑料。（2）1kg的泡沫塑料可以使黄粉虫增重3kg以上。（3）黄粉虫消化有机塑料后可以正常生长和繁殖。（4）黄粉虫体内存在某种可以消化有机塑料的活性物质，经人为创造条件可使其发展和强化。2.2黄粉虫简介黄粉虫又名大黄粉虫、面包虫，通称黄粉甲。属昆虫纲，鞘翅目，拟步甲科，粉虫属。黄粉虫具有抗病力强，耐粗饲，生长发育快，繁殖力强等优点，体内含有丰富的蛋白质、脂肪和糖类。面包虫原是粮食仓库、药材仓库及各种农副产品仓库中的一种害虫，也是世界性的仓库害虫。自19世纪以来，人们开始养殖黄粉虫，由于其体内含有丰富的营养物质，黄粉虫一直被用于科学实验材料，同时也是各种经济动物养殖的的活体饲料。近几年来，国内外学者，企业对黄粉虫进行了更多的研究。其中已经公开的成果有黄粉虫的蛋白质，氨基酸，脂肪，微量元素，维生素等生化物质的提取以及对人类保健功能的试验，并以黄粉虫为原料制作的保健品的抗病防病功能，几丁质、几丁聚糖的提取及其作为大众化食品的安全性等。经过十余年的研究并总结前人经验，专家得出结论，黄粉虫不仅可以作为各类药用动物及及畜禽、珍禽的优良饲料，而且经过特殊加工后，可做人类的食品原料及保健品、药品的原料。以黄粉虫为原料加工的食品、药品和美容化妆品将会为人类造福，为企业创效益。更加可喜的事，黄粉虫的养殖方法很简单，养殖条件也不高，需要的设备也是最基础的盒子，饲养起来那就更方便了，黄粉虫食性较杂，不过最主要的饲料就是麦麸，以及蔬菜叶子（保证黄粉虫体内的水分）。正是由于养殖黄粉虫投资少，效益高，前景好，已被列为国家星火计划推广项目,更有许多农民因养殖黄粉虫发家致富。3对黄粉虫食用有机塑料的研究3.1初步实验验证黄粉虫是一种新型的经济动物，在部分地方已经大面积开始喂养。在我的家乡，一些村民们都已经有好多年的养殖经验。其中，为家里增加一些收入，我家也曾经喂养，大都作为养殖蝎子专用饲料。因此，对于黄粉虫的一些生活习性和特征，我比较熟悉。看到此新闻后，我非常感兴趣。基于对这个实验的启发，我也想亲自试验一下这些小小的虫子是否真的可以食用塑料！于是，我随便找了一些盛装物品的红白相间塑料袋子（主要成分为聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯）放在喂养黄粉虫的盒子里，想要看看是否会有被食用过的痕迹。过了半天时间，我再去观察的时候，居然发现那些塑料袋子上已经出现好多面积较大的圆圆的窟窿，当时我就非常惊讶，便顺手拿起那个塑料袋子，看到上面一层已经被虫子吃掉许许多多的漏洞，而下面的一层几乎快被食用完了！对于黄粉虫的惊人吸收消化能力，我感到极大的兴趣。在这一方面，我也想到了很多。现在,白色污染带来的问题是人们密切关注的，也是人们急切要处理的问题，但是在这个问题的研究当中，无疑要投入大量的人力资源，物力资源等等。更可能在一个问题还没来得及解决的同时还会带来另一轮新的问题。设想：若是利用黄粉虫来解决这个问题，并加以推广利用，岂不是比那些填埋、焚烧的方法好得多！3.2进一步研究设想及方案3.2.1塑料生活垃圾的主要成分经过实验认证我们已经知道黄粉虫确实可以消化并吸收塑料，这一点是非常肯定的。而接下来的问题就是，是否所有类型的有机塑料都可被黄粉虫消化吸收掉呢？生活中造成白色污染的物质就是那些塑料饭盒，各种塑料袋、农用地膜等，它们的回收价值不高，大都被遗弃在环境当中，其主要组成部分就是聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯，聚苯乙烯树脂等。我们常见的塑料泡沫主要成分为聚苯乙烯，红白相间，黄色，蓝色，红色塑料袋子都是由聚乙烯或聚丙烯合成，而较厚的红色，黑色塑料袋则由聚氯乙烯或混合塑料制成。目前我们所使用的超薄塑料袋几乎都来自于硬制废塑料的再利用，再次回收制成的塑料袋硬度和分子的强度上没有原来的大，大都由小企业或家庭作坊制成的。工程塑料（有机塑料）的构成分子则分为为聚酰胺、聚砜等，这些塑料为硬质的塑料。3.2.2试验方案设计为进一步了解黄粉虫对其它不同类型（主要针对软质的生活垃圾塑料）的有机塑料的消化吸收能力，我设计了可行的试验方案。3.2.2.1基本思路首先将不同类型的有机塑料分开来，第一类由聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯为主要成分分别构成的各种软质塑料袋子，第二类为农用地膜，第三类为一些废弃的工程塑料，其主要成分分别为聚酰胺、聚砜，针对这三大类不同成分制成的塑料对黄粉虫进行分步试验，观察虫子对塑料的吸收情况，并定期称量。3.2.2.2主要步骤选取合适的实验器材及体形相近的黄粉虫若干进行综合实验。首先以聚乙烯为主要成分的塑料袋子为例：1.取型号相同的方形金属盒子（经准确称量），2.挑选适当数量个头相似的虫子置于盒子中并称量总重，在适宜条件下的室内进行饲养，3.分别放入塑料袋子（主要成分为聚乙烯）和等量的麦麸，并配合等量的的蔬菜叶子同时喂养，4.定期观察，观察虫子对塑料袋子的消化吸收情况、食用后的活动强度，5.定期称量，考虑到黄粉虫成虫会存在自相残杀的情况，及时挑选出被咬伤致死亡的虫子，并记录重量数据，每隔24小时后准确称量黄粉虫体重以及排泄物总重量，塑料重量的减少量，以及菜叶的总量减少量6.连续进行一周实验，最后处理数据，得出黄粉虫体体重净增量，并作以定量分析。对于黄粉虫是否可食用此类有机塑料作出初步评断。至于其它原料的有机塑料均按照此试验步骤依次进行研究分析，一些硬制的工程废弃塑料，在进行试验前要事先经过一定的粉碎处理后再做试验。4利用黄粉虫降解有机塑料前景及利弊分析4.1黄粉虫治理废弃有机塑料的前景现在，在有机塑料问题的处理方面，各国正在解决两大难题：第一是如何解决现有塑料垃圾的回收降解工作，第二就是研究发明新型的塑料产品。这种新型的塑料在性能上还保持传统塑料的优点，又可被微生物渐渐分解，以小分子化合物的形式回归大自然。黄粉虫法降解塑料前景是非常好的，塑料被当作食物食用，既可以实现物质资源的生态循环，又可以为解决塑料污染问题而节省更多的资源，更不会污染空气！如今，全球面临着资源危机，石油资源已经非常紧张，而合成塑料的主要原料就是石油，大规模的制造有机塑料会占用日益枯竭的石油资源。而节约资源和合理利用资源是全球最关注的问题。黄粉虫内既然含有可使塑料分解的物质，那么将它提取出来作为降解有机塑料剂，那么将对缓解全球的资源讲起到很大的作用。4.2推广此方法的利弊分析现在已有太多的生活垃圾，其中绝大部分为有机塑料成分，如何大面积的利用此方法来实现塑料的分解是我们需要探究的。我认为：把黄粉虫法降解塑料推广开来，首先就是要大面积的喂养黄粉虫。我们已经知道，黄粉虫的食性杂，对食物的吸收能力非常强，其饲养条件也并不高。所需的饲料仅需麦麸再配一些菜叶而已。另外，黄粉虫的营养价值很高，是很多种经济动物的食物，也被广泛应用到人类食品原料、保健品，由黄粉虫儿建立起来的产业也是非常可观的。因此大面积的饲养黄粉虫，不易造成销售方面的损失。问题就是要先解决塑料的整理回收工作，太脏的废旧塑料带有太多污垢，影响虫子食用效果。因此，在这方面上，就要靠全社会来行动。人们要加强对废旧塑料的环保意识，塑料袋子在没有进入回收箱之前就要被整理好，分类处理。这样可减轻饲养人员的工作负担，同时也为环卫人员降低了工作强度。黄粉虫便于养殖，却也有自身的弱点。黄粉虫喜欢群居，13℃以上可取食，0℃以下35℃以上可造成大面积死亡。养殖时对温度的要求比较高，所以室内应具有可调节温度的设备及条件。另外，虫子在生长期间，由于各种原因会相互残杀，特别是在缺食时，所以应给其充足的食物，但也不是过多。太多的食物被挤压在一起，时间稍长，麦麸会变质，影响虫子进食。另外，在黄粉虫成虫以后，会渐渐变为白色的蛹，应及时的挑拣出来，否则，既容易被成虫咬伤致死（成虫成蛹后几乎不进食，不行动，身体柔软，极易被成虫咬伤）。养殖黄粉虫有着巨大的商业前景，虫体内既具有可分解塑料的物质，提取出来，则可以更广泛的治理白色污染问题，为治理白色污染方面将大有发展！