XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Спасём природу вместе: создание безопасных материалов своими руками

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Шайхиева Я.Р. 1

---

1МОАУ «Башкирской гимназии» ГО г. Нефтекамск

Сабирова И.А. 1

---

1МОАУ «Башкирская гимназия»

Работа в формате PDF

2.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Люди единственные жители Земли, оставляющие после себя огромное количество отходов. Большинство из нас даже не задумывается, сколько лет разлагается мусор, и какой вред он наносит природе.

Представьте себе красивую природу: голубое небо, уютный лес, песчаный пляж и прозрачное озеро. Именно такой хотели бы видеть Землю наши родители и бабушки с дедушками. Но сейчас наша планета больна: её атакует невидимая армия - пластик, которого становится всё больше и больше.

Пластик есть повсюду: в бутылочках, пакетиках, коробочках и баночках. Мы думаем, что это удобно, но забыли спросить мнение у природы. Пластик, выброшенный человеком, долго не исчезает: годами плавает в морях, забивается в землю и даже попадает в животики животных, отчего они заболевают и умирают.

Другой враг природы - бумага, которая изготавливается из деревьев. Представьте, сколько деревьев нужно уничтожить, чтобы напечатать учебники, тетрадки и альбомы! Ведь каждое дерево очищает воздух, даёт приют животным и украшает нашу жизнь.

Значит, нужно срочно искать выход: заменить пластик и бумагу на безопасные материалы, которые не приносят вреда. Моя работа расскажет, как мы можем помочь природе, создавая безопасные материалы своими руками.

Моей главной целью стало показать, что даже школьник может создать безопасные материалы, заменяющие пластик и бумагу, и внести свой вклад в спасение природы.Моя гипотеза заключается в том, что можно сделать красивый и полезный материал, похожий на пластик и бумагу, но абсолютно безопасный для природы. Такой материал можно создать из простых и доступных продуктов, имеющихся в каждом доме.

Объектом исследования является бумага и пластик, а предметом исследования - виды альтернативных материалов.

Актуальность исследования: каждый день человечество производит огромное количество мусора, особенно пластика. Уже сейчас в океане сформировались огромные острова из мусора, куда стекаются тонны пластиковых отходов. Это реальная угроза для природы и всех её жителей. Пока взрослые заняты делами, молодые исследователи обязаны искать решения, доступные каждому.

Задачи и методы исследования включают:

• Изучение и анализ литературы по теме.

• Проведение экспериментов с различными материалами.

• Анализ полученных данных.

• Рассказ другим детям, как просто и интересно проводить научные исследования, направленные на помощь природе.

Эта работа не только научная, но и жизненная: понимание проблемы пластикового загрязнения поможет каждому ученику почувствовать личную ответственность за состояние природы. Вооружившись знаниями и желанием, мы можем стать маленькими учёными, решающими серьезные задачи, стоящие перед планетой.

Глава 1. Теоретические основы: почему пластик и бумага вредны

1.1. Почему пластик - угроза природе?

Пластик - это уникальный материал, экономичный, легкий, надежный и качественный. Появившись более 150 лет назад, он прочно вошёл в нашу жизнь, вытеснив традиционные материалы. Изначально пластик казался настоящим чудом благодаря своей легкости, прочности, яркому цвету и низкой стоимости. Его используют повсеместно: для игрушек, мебели, техники и обуви. Однако вскоре выяснилось, что этот удобный материал имеет серьезные последствия для природы.

Однако оказалось, что удобство пластика таит в себе большую опасность для природы. Основная причина связана с длительностью его разложения: пластиковые предметы остаются на свалках годами, десятилетиями и даже веками, постоянно выделяя опасные токсины в окружающую среду. Особенно остро эта проблема проявляется в Мировом океане, где формируется гигантские островки из пластикового мусора, превышающие размеры городов.

Только за один год человечество производит около 380 миллионов тонн пластика, большая часть которого попадает в водные бассейны и наземные территории, приводя к гибели десятков тысяч морских птиц и млекопитающих, которые принимают пластиковые отходы за пищу. [4]

Еще одна серьезная угроза исходит от микропластиков - небольших частиц пластика диаметром менее 5 мм, которые незаметно проникают в пищевой цикл и негативно сказываются на здоровье всех живых существ, включая человека.

1.2. Почему бумага тоже вредна?

Хотя бумага кажется безвредной, поскольку изготавливается из природного сырья — дерева, на самом деле производство бумаги оказывает негативное воздействие на экосистему. Во-первых, массовая вырубка лесов ведет к уничтожению естественной среды обитания многих видов животных и растений. Потеря одного килограмма бумаги означает потерю пяти килограммов кислорода.

Во-вторых, заводы по производству бумаги используют химические реагенты, загрязняющие реки и атмосферу. Интересно отметить, что изготовление бумажной упаковки сопровождается выбросом втрое большего количества вредных соединений, чем при создании аналогичных изделий из полиэтилена.

Чтобы определить уровень осведомленности школьников о вреде пластика и бумаги, мы провели анкетирование учеников нашего класса. Результаты отражены в Приложении 1. Опрос показал, что хотя школьники часто слышали о важности раздельного сбора мусора, знания о негативных последствиях загрязнения пластиком оказались недостаточными.

Наши ученики разработали информационные плакаты (Приложение 2), рассказывающие детям о роли каждого человека в защите природы. Полученные данные позволили нам осознать необходимость воспитания экологической грамотности среди молодежи.

1.3. Альтернативные заменители пластика и бумаги

Лучшее решение проблемы - создание материалов, которые возвращаются в природу, не нанося вреда. Такие материалы называются биоразлагаемыми. Они сделаны из природных компонентов, таких как крахмал, фрукты, овощи и даже грибы. Ещё сто лет назад люди искали решение проблемы пластика, используя нестандартные материалы. Сегодня мы имеем множество оригинальных и экологичных альтернатив, среди которых (приложение 4):

• Посуды из костей авокадо - это красивая и безопасная посуда, которая разлагается спустя год.

• Салфеток из кофейной гущи - необычные, приятные на ощупь и разлагающиеся за несколько месяцев.

• Игрушек из молока - исторический пример: в старину люди делали поделки из творога, которые становились прочными и красивыми.

• Бумага из опавших листьев: талантливый юноша Валентин Фречка решил проблему нехватки бумаги, сделав её из листьев. Всего за год экспериментов он получил качественную бумагу, никак не уступающую обычной.

• Посуда из яблок и апельсинов: вкусные и съедобные тарелки и чашечки - потрясающая идея, после обеда ими можно перекусить или положить в саду, где они сами растворятся в почве.

• Съедобные ложки: житель Башкортостана Вадим Фаттахов предложил гениальное решение - готовить ложки из теста. Закончив есть суп или мороженое, можно просто съесть ложку целиком. Ломтики от неё быстро растворяются в земле и даже нравятся птицам.

• Деревянные доски из грибов: американские студенты «вырастили» доску для серфинга из особого гриба, которая хорошо плавает и экологически безопасна.

Эти открытия доказывают возможность замены пластика и бумаги новыми материалами, безопасными для здоровья и планеты.[5], [6]

Глава 2. Изготовление эко-бумаги

Ежегодно миллионы деревьев уничтожаются для производства бумаги, что наносит огромный вред экологии. В поисках альтернативы исследователи предложили производить бумагу из возобновляемых ресурсов: тростника, бамбука и опавших листьев.

Классический способ изготовления бумаги известен ещё с древних времён. Китайский ученый Цай Лунь изобрел технологию производства бумаги из волокон ветоши и коры деревьев, эта техника долгое время держалась в тайне. Сегодня процесс включает в себя несколько этапов: срезание деревьев, измельчение их в щепу, обработка химикатами и раскатывание полученного материала в тонкие листы. Такой способ крайне энергозатратен и отрицательно воздействует на окружающую среду.

Особенно привлекательным вариантом нам показалось изготовление бумаги из опавших листьев, поскольку этот способ не требует уничтожения деревьев. После сбора листьев мы приступили к процессу производства. Весь ход работы зафиксирован в приложении №5 (ссылка на видео https://youtube.com/watch?v=zAfFqSGHyQM&feature=shared).

По истечении трёх дней у нас появились первые готовые листы бумаги. Несмотря на достигнутый результат, заметны были определённые недостатки: бумага имела серый оттенок и была излишне хрупкой. Причина, вероятно, кроется в отсутствии необходимых добавок, присутствующих в фабричной бумаге.

Решив устранить этот недостаток, мы дополнили рецепт старой бумагой, проведя тем самым процедуру вторичной переработки. Далее мы протестировали разные пропорции смеси бумаги и листьев. Оптимальным составом оказался следующий: 30% листьев и 70% макулатуры. Благодаря этому рецепту мы смогли изготовить высококачественную бумагу, подходящую для творчества, написания писем и создания различных предметов.

Чтобы удостовериться, что бумага соответствует необходимым свойствам, мы провели сравнительное тестирование (результаты представлены в таблице №1, приложение №6). Наш анализ подтвердил сходство характеристик полученной бумаги с показателями коммерческой бумаги: высокая прочность, стойкость к воздействию влаги и механической обработке.

Последующие опыты показали, что эко-бумага легко подвергается биологическому разложению. Оба типа бумаги (только из листьев и комбинированная) были помещены в воду. Спустя неделю бумага из листьев частично распалась, а комбинированная стала заметно слабее. Примерно через две недели обе пробы практически полностью разложились (приложение №7). Данный эксперимент свидетельствует о полном экологичном характере нашей бумаги, которая, будучи изготовлена из отходов и возобновляемого ресурса, сможет восполнить потребность человечества в бумаге, снизив число ежегодных вырубок леса.

Глава 3. Изготовление биопластика

Биопластик  - материал, полученный из растительного материала и не содержащий каких-либо компонентов ископаемого происхождения (уголь, нефть). Биопластик является отличной заменой обыкновенному пластику, который зачастую производится из нефтепродуктов. Годы идут, и в мире становится все меньше и меньше нефти, поэтому уже сейчас важно искать новые источники для производства пластика. Одним из интересных способов создание биопластика является использование молока. Молоко содержит вещество под названием казеин, которое может быть использовано для создания экологически чистого пластика. Для приготовления пластика на основе молока в домашних условиях потребуются простые ингредиенты: молоко и уксус (прил.8).

Процесс изготовления начинается с нагревания молока в кастрюле, после чего добавляется небольшое количество уксуса. Под воздействием уксуса молоко начинает сворачиваться, образуя творог, который и содержит казеин. Затем полученную массу необходимо перемешать и вымесить, чтобы получить пластичную консистенцию, а затем можно создавать изделия различной формы и оставить их высыхать. Готовое изделие получилось через 3 дня. На стадии сушки я наблюдала, что происходило: через 12 часов масса была еще достаточно мягкой и пластичной; затем фигурки стали  более плотными  и твердыми по краям, но середина еще оставалась мягкой;  еще через сутки я получила твердый молочный камень.

Я провела некоторые эксперименты с молочным пластиком (прил. 9): 

1. Проверка на прочность. Я поместила фигуру "пуговица", изготовленной из молочного пластика, в стиральную машину. Пуговица выдержала это испытание, лишь немного потеряв свою форму по краям. Другой эксперимент заключается в бросании пуговицы с высоты и попытке разрезать ее. В результате я убедилась, что молочный пластик довольно прочный и не ломается при падении.

2. Способность пластика к окрашиванию. Я использовала различные виды красок, включая гуашь, фломастеры и карандаши. Кроме того, я решила попробовать природный краситель из свеклы.  В результате эксперимента стало очевидно, что молочный пластик легко поддается окрашиванию и может принимать разные оттенки.

3. Влияние влаги на пластик: чтобы проверить, как наш молочный пластик реагирует на влагу, мы оставили одну из фигурок в воде на несколько часов. После этого мы заметили, что пластик стал немного мягче и гибче, но не потерял свою форму и прочность. Это говорит о том, что молочный пластик обладает некоторой степенью водостойкости. Через 2 недели пластик растворился в воде. Это означает, что в воде наш пластик способен к разложению.

4. Воздействие тепла на пластик: чтобы проверить, как наш молочный пластик реагирует на тепло, мы поместили одну из фигурок в духовку при температуре 150º С на 15 минут. После охлаждения мы обнаружили, что пластик остался прочным и не изменил свою форму. Это говорит о том, что биопластик может выдерживать умеренные температуры без изменения.

5. Возможность повторного использования: мы решили проверить, можно ли переработать наш молочный пластик для создания новых изделий. Для этого мы нагрели одну из фигурок до плавления, затем охладили и попытались снова вылепить новую форму. Оказалось, что молочный пластик легко перерабатывается и может быть использован повторно для создания новых изделий, что делает его экологически более дружелюбным.

В результате проведенных опытов мы убедились в прочности, устойчивости к воздействию влаги и тепла, а также возможности повторного использования молочного пластика.

На просторах интернета я узнала, что о можно сделать биопластик не только из молока, но и из других полезных продуктов, например:

• Желатин (тот самый, которым бабушки делают холодец);

• Картофельный и кукурузный крахмал (они есть в каждой кухне);

• Даже пищевая сода способна сотворить чудо!

Рецепты изготовления биопластика отражены в приложении 11. И каждый раз, получая новые рецепты, я сравнивала их между собой. Например, картофельный крахмал даёт очень крепкую посуду, а желатин — красивую и прозрачную поверхность.

Поскольку главная задача проекта - создать биопластик, который быстро разлагается и не наносит вред окружающей среде, мы сравнили скорость разложения в воде всех полученных нами образцов биопластика. Также мы сравнили из любопытства, как себя поведет в воде биопластик, изготовленный на производстве. Для этого мы купили мусорные пакеты с пометкой биоразлагаемые. Именно кусочек такого пакета мы поместили в равные условия с нашими образцами. Поскольку все образцы биопластика, который мы изготовили, состоят из безопасных ингредиентов, можно суверенностью сказать, что при разложении они не нанесут вред окружающей среде. Оценив результаты, мы убедились, что все наши образцы быстро разлагаются под действием естественных условий. Биопластик же, который мы приобрели в магазине, не разложился в течении установленного времени наблюдений. Видимо, ему потребуется гораздо больше времени, потому что за30 дней он совершенно не видоизменился (Приложение 12).

Заключение

В ходе нашего исследования была разработана методика создания экобумаги и биопластика в домашних условиях. Полученные материалы показали отличные характеристики: изготовлены полностью из натурального сырья, они абсолютно безопасны для окружающей среды и не несут угрозы здоровью человека и животных.

Проведённые испытания подтвердили уникальные свойства биопластика: он полностью разлагается в течение 90 дней, оставаясь при этом прочным и устойчивым к воздействию воды. Наши результаты свидетельствуют о том, что биопластик может служить эффективной заменой обычным пластмассовым изделиям во множестве областей — от детских игрушек до упаковочных материалов.

Также создана новая разновидность бумаги, произведённая из опавших листьев и макулатуры. По нашим расчетам, переход на такую бумагу позволит существенно уменьшить объемы вырубки лесов и сократить объёмы бытового мусора.

Все это подтверждает правильность выдвинутой нами гипотезы: материалы, изготовленные из биопластика и экобумаги, не только безопасны для природы, но и отличаются достаточной прочностью и долговечностью. Их широкое применение станет серьёзным вкладом в дело защиты окружающей среды.

Таким образом, результаты нашего исследования демонстрируют значительный потенциал экобумаги и биопластика как инструментов построения экологически чистого будущего. Для достижения действительно ощутимых положительных эффектов необходимо повышать уровень экологической грамотности населения и активно вовлекать общественность в борьбу за чистоту планеты.

Пусть каждое маленькое действие каждого из нас станет частью великого дела по охране природы для будущих поколений!

Список литературы

1. Орлова Н.Д. Я познаю мир.- М.: издательство АСТ, 2000.- с.97.

2. Интернет ресурс: википедия - энциклопедия. WIKIPEDIA

3. Интернет-ресурс: https://nauka.club/ - «Где и как появилась бумага»

4. Интернет-ресурс: https://www.oum.ru/literature/raznoe/vred-plastika-dlyaokruzhayushchey-sredy/-Вред пластика для окружающей среды

5. Интернет-ресурс: https://pikabu.ru/story/prirodnyie_materialyi_kotoryie_smogut_zamenit_plastik_5810846-Природные материалы, которые смогут заменить пластик

6. Интернет-ресурс: https://ooley.ru/practice/project/starch-plastic/-Биопластик из крахмала: ингредиенты и рецепты

7. Интернет-ресурс: https://schoolscience.ru/5/13/35234-Тавапов Д.И. Исследование процесса получения пластика из молока в домашних условиях

Приложения

Приложение 1

Опрос

1. Наносит ли пластик вред окружающей среде? (да, нет)

2. Надо ли сортировать мусор? (да,нет)

3. Сортируете ли вы мусор?

4. Экономно ли ты используешь бумагу? (да, нет)

5. Чем можно заменить пакеты? (бумажные пакеты, эко пакеты, тканевые сумки, не знаю)

Рисунок 1. Результатыанкетирования учащихся

Приложение 2

Рисунок 2. Информационный стенд

Приложение 3

Воздействия пластика и бумаги на природу

Приложение 4

Виды альтернативных заменителей пластика и бумаги

Приложение 5

Этапы создания экобумаги

Процесс изготовления эко-бумаги

1.Листья мы залили горячей водой и оставили на 20-30 минут, чтобы они немного размокли. Затем, с помощью блендера измельчяем листья.

2. К этой смеси добавили 1 столовую ложку крахмала и клея ПВА. Это необходимо для того чтобы наши волокна склеились между собой.

Добавляем воду и все перемешиваем. Опускаем рамку с сеткой в воду, трясем рамку, чтобы частички листьев не опускались на дно. Потом поднимаем рамку и видим, что на сетке остались волокна листьев. С помощью сетки перекладываем массу на ткань и оставляем листок на ткани до полного высыхания

Приложение 6

Таблица 1. Сравнительный анализ

Приложение 7

Наблюдение эксперимента с экобумагой

Приложение 8.

Этапы создания пластика на основе молока

Приложение 9.

Эксперименты с пластиком на основе молока

Приложение 10. Изделия из экобумаги и биопластика

Приложение 11. Рецепты биопластика

1. Биопластик на основе молока

Ингредиенты:

Молоко (250 мл)

Уксус 9% (60 мл)

Глицерин (1 мл)

Процесс: нагрейте молоко до кипения. Добавьте уксус и глицерин. Дождитесь коагуляции казеина. Процедите и отожмите массу. Высушите массу на бумажных салфетках. Сформируйте изделия и оставьте сушиться на 5 дней.

2.Биопластик на основе желатина

Ингредиенты:

Желатин (30 г)

Вода (120 мл)

Глицерин (5 мл)

Процесс: смешайте желатин с водой и оставьте набухать. Нагрейте смесь до образования однородной массы. Добавьте глицерин. Разлейте по формам и оставьте сушиться.

3.Биопластик на основе крахмала

Ингредиенты:

Картофельный крахмал (60 г)

Вода (120 мл)

Уксус 9% (10 мл)

Глицерин (5 мл)

Процесс: Смешайте все ингредиенты в сотейнике. Нагревайте на медленном огне, постоянно помешивая. Снимите с огня и переложите на пергаментную бумагу. Сформируйте изделия и оставьте сушиться на 7 дней.

4.Биопластик на основе пищевой соды

Ингредиенты:

Пищевая сода (60 г)

Картофельный крахмал (45 г)

Вода (30 мл)

Процесс: Смешайте ингредиенты и замесите тесто. Оставьте сушиться на 3 дня. Повторите процесс с изменёнными пропорциями.

5.Биопластик на основе соли

Ингредиенты:

Картофельный крахмал (30 г)

Соль (150 г)

Глицерин (0,5 мл)

Вода (70 мл)

Процесс: смешайте ингредиенты и подогрейте. Выложите на пергаментную бумагу и сформируйте изделия. Оставьте сушиться.

Приложение 12. Таблица разложения биопластика в воде