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新工藝使“可生物降解”塑料更容易分解

2021-05-07
新工藝使“可生物降解”塑料更容易分解

    可生物降解塑料一直被認為可幫助解決塑料污染問(wèn)題,但今天大多數“可堆肥”塑料袋主要由聚乳酸(PLA)制成,在堆肥過(guò)程中并沒(méi)有分解,還會(huì )污染其他可回收塑料。不過(guò),發(fā)表在21日的《自然》雜志上的最新研究稱(chēng),美國科學(xué)家們發(fā)明一種新工藝:僅用熱量和水,就可讓這些可堆肥的塑料更容易分解。

    此前,加州大學(xué)伯克利分校材料科學(xué)與工程學(xué)教授徐婷及其研究小組發(fā)現一種可降解有毒的有機磷化學(xué)物質(zhì)的酶,還設計了一種稱(chēng)之無(wú)規雜聚物或RHP的分子,這些分子包裹著(zhù)酶,可在不限制酶自然韌性的情況下輕輕地將其結合在一起,保護酶不解體。RHP由4種類(lèi)型的單體亞基組成,每種亞基都具有與特定酶表面的化學(xué)基團相互作用的化學(xué)性質(zhì)。它們在紫外光下會(huì )降解,并以小于塑料重量1%的濃度存在。

    在此次研究中,研究團隊使用了類(lèi)似的技術(shù),在制作塑料時(shí),他們將數十億個(gè)納米級的可食用聚酯的酶包裹在RHP中,再嵌入到塑料樹(shù)脂珠中。

    研究發(fā)現,RHP包裹的酶不會(huì )改變塑料的特性。當暴露于熱和水時(shí),這種酶會(huì )擺脫聚合物包裹材料,并分解塑料聚合物。塑料可以在170攝氏度左右的溫度下熔融并擠出成像普通聚酯塑料一樣的纖維。就PLA而言,酶會(huì )將其還原為乳酸,可“喂養”堆肥中的土壤微生物。而聚合物包裹材料也會(huì )降解。

    對于PLA,研究人員使用了一種名為蛋白酶K的酶,這種酶可以將PLA咀嚼成乳酸分子;對于聚己內酯(PCL),則使用了脂肪酶。這兩種酶價(jià)格低廉且易獲得。

    要引發(fā)塑料降解,只需加入水和少量熱量即可。室溫下,80%的改性PLA纖維在一周內完全降解。溫度越高,降解速度越快。在工業(yè)堆肥條件下,改性聚乳酸在50攝氏度下6天內降解。另一種聚酯塑料PCL在40攝氏度的工業(yè)堆肥條件下,兩天內降解。

使用這種工藝制造出的塑料,多達98%會(huì )降解成小分子。而且這一過(guò)程避免了微塑料的產(chǎn)生。

研究人員表示,改性聚酯在較低溫度或短暫潮濕時(shí)不會(huì )降解。其浸泡在溫水中可以降解,這意味著(zhù)在家中就可對塑料進(jìn)行堆肥處理


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