生物降解能力测试：原理方法与标准体系
生物降解能力测试是评估材料在自然环境（如土壤水体堆肥）中经微生物作用分解为二氧化碳水和矿物质的过程。这类测试对环境保护可持续材料开发和政策制定至关重要，其标准方法由国际组织及各国监管机构共同制定。
一测试原理与技术分类
生物降解能力的核心是量化材料在微生物作用下的分解程度，主要通过以下指标衡量：
- 气体释放量
- 二氧化碳（CO₂）法：通过测量材料降解产生的CO₂占总理论碳量的百分比计算降解率（如ISO 14855OECD 301B） 1 2 23。
- 氧气消耗（BOD）法：监测微生物分解有机物时的耗氧量（如OECD 301FASTM D5338） 1 2。
- 物质残留量
- 溶解性有机碳（DOC）消减法：分析水体中DOC的减少率（如OECD 301DGB/T 21803） 2 4 14。
- 质量损失法：定期测定材料在土壤或堆肥中的重量变化（如ISO 17556） 1 23。
二国际主流测试标准体系
（一）ISO标准（国际标准化组织）
- 水生环境测试
- ISO 14851：评估材料在水体中微生物作用下的降解性 1。
- ISO 14852：通过耗氧量测定水中有机物的降解 1。
- 土壤与堆肥测试
- ISO 14855-1：受控堆肥条件下通过CO₂释放量测定降解率（≥90%为合格） 20 23 24。
- ISO 17556：量化材料在土壤中的质量损失率 1。
（二）OECD标准（经济合作与发展组织）
针对化学品设计快速生物降解性测试：
- OECD 301系列：包括CO₂顶空法（301B）密闭瓶法（301D）测压呼吸法（301F）等，要求28天内降解率≥60%～70% 2 14。
- 适用性限制：301A/E仅适用水溶性物质，301B不适用挥发性物质，含氮物质需校正硝化耗氧 14。
（三）区域性标准
- 欧盟EN 13432
- 要求材料满足四重指标：
- 重金属限量（砷汞等）
- 有机质含量≥50%
- 180天内CO₂转化率≥90%
- 堆肥12周后碎片90%以上粒径<2mm 20 23。
- 要求材料满足四重指标：
- 美国ASTM标准
- ASTM D5338：模拟堆肥条件测定需氧生物降解 1 23。
- ASTM D6400：可堆肥塑料的认证基准 20。
三关键测试方法详解
（一）堆肥法（Composting Test）
- 流程：
- 材料与接种物（腐熟堆肥）混合，置于58±2℃湿度50–55%的密闭容器 23 24。
- 定期通氧维持微生物活性，监测CO₂释放量或质量损失。
- 周期：
- 快速测试：45天（如GB/T 19277.1） 23。
- 长期验证：180天（EN 13432要求） 20。
（二）土壤降解法（Soil Burial Test）
- 将材料埋入标准土壤（pH有机质含量可控），定期取样测定质量损失分子量变化或碎片形态 1。
- 适用农用地膜包装材料等土壤场景评估。
（三）水生环境测试
- 溶解氧法（DO法）：监测水体中氧气消耗速率 1。
- 藻类/鱼类毒性测试：评估降解产物生态风险（如OECD 202/203）。
四测试流程与质量控制
- 前处理要求
- 材料需粉碎至<2mm颗粒，确保均匀接触微生物 14 23。
- 参照物与空白对照
- 阳性对照：微晶纤维素（要求45天降解率>70%） 23。
- 阴性对照：聚乙烯（验证无背景干扰） 24。
- 干扰因素控制
- 调整pH值（6–8）避免重金属污染；含氮物质需抑制硝化细菌耗氧 14。
五应用领域与新兴趋势
- 重点应用场景
- 包装材料：食品容器塑料袋（需满足EN 13432或ASTM D6400） 20。
- 农业薄膜：全生物降解地膜（依据GB/T 35795）。
- 日用品：一次性餐具（GB/T 18006.1降解率≥60%） 23。
- 加速测试技术发展
- 光-生物联合降解（ASTM D6954）：模拟紫外线与微生物协同作用 23。
- 高固态厌氧消化（ASTM D5511）：评估填埋场降解潜力。
六挑战与展望
- 标准统一性不足 不同体系（如ISO vs ASTM）的测试周期通过阈值差异显著，需推动跨区域互认 14 20。
- 复杂环境模拟需求 未来方法需整合温度梯度干湿循环等变量，贴近真实环境。
- 降解产物安全性 生态毒理测试（如植物生长抑制试验）将纳入标准（参考OECD 208） 20。
生物降解能力的科学评估是材料可持续性的基石，其方法需兼具环境相关性（贴近自然条件）数据可靠性（严格对照）及技术前瞻性（应对新型材料）。随着全球禁塑政策推进，测试标准将从单纯降解率转向“降解效率-生态安全-应用性能”的综合评价体系
20。