title: Κινητική αποδόμησης πλαστικών σφαιριδίων στο θαλάσσιο περιβάλλον
Creators: name: Δημοπουλου Ευγενια
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2025

description: Η βιομηχανία του πλαστικού αποτελεί μια από τις ταχύτατα αναπτυσσόμενες βιομηχανίες του κόσμου. Όσες ευκολίες και αν έχει προσφέρει η χρήση των προϊόντων της στην καθημερινότητα , η ανεξέλεγκτη παραγωγή, διάθεση και κακοδιαχείρισή τους, εγείρει καταστροφικούς κινδύνους. Η φιλοσοφία κατασκευής των πλαστικών, βασίζεται εξ αρχής στην μέγιστη δυνατή ανθεκτικότητα και την ελαφρότητα τους, με αποτέλεσμα την αφθαρσία τους. Οι ιδιότητές τους αυτές διευκολύνουν την μεταφορά και παραμονή τους στο θαλάσσιο περιβάλλον όπου και καταλήγουν. Εκεί εκτίθενται σε πολλούς παράγοντες οι οποίοι συμβάλλουν στην θραύση τους, τη δημιουργία μικροπλαστικών και νανοπλαστικών, και στη σταδιακή περαιτέρω αποδόμηση τους. Τα πλαστικά μικρότερων μεγεθών αποτελούν ακόμη μεγαλύτερη απειλή για τα οικοσυστήματα καθώς λόγω του μεγέθους τους, είναι ιδιαίτερα εύκολο να μεταφερθούν, να προσληφθούν από οργανισμούς και να εισχωρήσουν στην τροφική αλυσίδα. Ως εκ τούτου, η ερευνητική κοινότητα εστιάζει όλο και περισσότερο στις διεργασίες που επιφέρουν τη γήρανση και τους πολύπλοκους μηχανισμούς της αποδόμησης τους, σε μια έμπρακτη προσπάθεια της προηγμένης επιστήμης, να συμβάλλει στην ανάκτηση των αξιών που προάγουν τη ζωή. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, έγιναν προσπάθειες μελέτης των κινητικών που ακολουθούνται κατά τη διάρκεια φωτο- και βιοαποδόμησης πλαστικών σφαιριδίων, καθώς αυτές συνιστούν δύο από τις κυριότερες διεργασίες, στις οποίες υπόκεινται τα πλαστικά στα υδάτινα οικοσυστήματα. O στόχος της, εκτός από τη μελέτη των μηχανισμών, αφορούσε και στο να δημιουργηθεί ένα προτεινόμενο μοντέλο πρόβλεψης του ρυθμού αποδόμησης τους. Στο πείραμα, του οποίου τα δεδομένα χρησιμοποιήθηκαν, μικροσφαιρίδια (pellets) πολυαιθυλαίνιου υψηλής πυκνότητας (HDPE) και πολυπροπυλένιου (PP) εκτέθηκαν σε συνθήκες φυσικής γήρανσης εντός ενυδρείων και για διάρκεια έξι μηνών. Προκειμένου να μελετηθούν οι κινητικές αποδόμησης, εφαρμόστηκαν έξι σετ εξισώσεων συμπεριλαμβανομένου του νόμου του Schwarzchild, της κινητικής Monod, σιγμοειδών εξισώσεων και κινητικών πρώτης τάξης. Σύμφωνα με τις παραπάνω εξισώσεις, επιχειρήθηκε η προσαρμογή των δεδομένων ακτινοβολίας, της ακτίνας των σφαιριδίων και του καρβονυλικού δείκτη (carbonyl index – CI). Η συλλογιστική που ακολουθήθηκε βασίστηκε στη μέθοδο δοκιμής και σφάλματος (trial and error method), τροποποιώντας και αντικαθιστώντας τις εξισώσεις ή και τις παραμέτρους σε κάθε προσπάθεια προσαρμογής, προκειμένου να πλησιαστεί το επιθυμητό αποτέλεσμα. Ο βαθμός πολυπλοκότητας, το πλήθος των δεδομένων, οι βαθμοί ελευθερίας και οι παραδοχές, είναι οι δυνητικοί παράγοντες που επηρέασαν τις συνεχείς μας προσπάθειες. Δυστυχώς ως αποτέλεσμα, δεν επετεύχθη η ζητούμενη σύγκλιση σε καμία από τις δοκιμές. Η κατεύθυνση που ακολουθήθηκε θεωρούμε, ωστόσο, πως είναι σωστή, εφόσον εστιάζει στη μελέτη των διεργασιών φωτοαποδόμησης και βιοαποδόμησης, οι οποίες δρουν παράλληλα στο περιβάλλον και επηρεάζουν άμεσα η μια το ρυθμό της άλλης. Θεωρούμε, επιπλέον, ότι εκτός από τα χρήσιμα συμπεράσματα που εξήχθησαν, προέκυψαν και αξιόλογες προτάσεις ως προς την ευρύτερη διερεύνηση και κυρίως την αναζήτηση καταλληλότερων μεθόδων.
description: The plastics industry is one of the fastest-growing industries in the world. No matter how much convenience the use of its products in everyday life has brought, their uncontrolled production, disposal and mismanagement pose catastrophic risks. The manufacturing philosophy of plastics is based from the outset on their maximum durability and lightness, resulting in their indestructibility. These properties make it easier for them to be transported and remain in the marine environment where they end up. There, they are exposed to many factors that contribute to their breakage, the formation of microplastics and nanoplastics, along with their gradual further degradation. Smaller plastics pose an even greater threat to ecosystems as their size makes them particularly easy to transport, be ingested by organisms, and enter the food chain. As a result, the research community is increasingly focusing on the aging processes and the complex mechanisms of their degradation, in a practical attempt by advanced science to contribute to the recovery of life-promoting values. In this thesis, attempts were made to study the kinetics that are being followed during the photodegradation and biodegradation of plastic pellets, as these constitute two of the main processes to which plastics are subjected in aquatic ecosystems. Apart from studying the mechanisms, it aimed to create a proposed model to predict the degradation rate. In the experiment whose data were used, pellets of high-density polyethylene (HDPE) and polypropylene (PP) were exposed to natural aging conditions in aquariums for six months. In order to study the degradation kinetics, six sets of equations including Schwarzschild’s law, Monod kinetics, sigmoid equations, and first-order kinetics were applied. According to the above equations, an attempt was made to fit the radiation data, the radius of the pellets and the carbonyl index (CI). The reasoning followed was based on the trial-and-error method, modifying and replacing the equations and/or parameters in each fitting attempt to approach the desired result. The degree of complexity, the amount of data, the degrees of freedom and the necessary assumptions are the potential factors influencing our continuous efforts. Unfortunately, as a result, the desired convergence was not achieved in any of the tests. We believe, however, that the direction taken was right since it focuses on the study of photodegradation and biodegradation processes, which act in parallel in the environment and directly influence the rate of each other. Moreover, we believe that, apart from the useful conclusions drawn, there were also valuable suggestions for wider investigation and, above all, for the search for more appropriate methods.