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可降解塑料如何被降解?
时间:2021-05-08  点击:134

 

   塑料是人类最伟大的发明之一,从工业生产到衣食住行,塑料制品无处不在。然而,随着塑料污染日益严重,塑料也成为“人类最糟糕的发明之一”。为了解决难降解的问题,各种可降解塑料相继问世。

  聚乳酸(PLA)和聚己内酯(PCL)是可降解塑料的典型代表,尤其PLA更是现有产能最大的可降解材料,全球产能达到30万吨/年。使用后的PLA可以通过堆肥,在温度高于55°C、富氧和微生物作用下降解为二氧化碳和水,实现在自然界中的物质循环,且不会对环境产生消极影响,但其缺点是降解条件相对苛刻。因此,如何获得真正能够被高效分解的可降解塑料是当前研究者们正在热议的话题。

  近日,加州大学伯克利分校的徐婷(Ting Xu)教授团队发明一种塑料合成新工艺,可以让这些塑料更容易被降解。通过一种“随机杂多聚体”(RHPs)分子将水解酶包裹,分散到可降解塑料中。RHPs分子由4种类型的单体亚基组成,它们与水解酶表面的化学基团相互作用,保护其免于失活或者提前发挥作用。当遇到高温和水时,水解酶不再受RHPs的限制,开始发挥水解作用。RHPs自身则会在紫外线的照射下降解掉,不会造成污染。

  这种水解酶包括来源于洋葱伯克霍尔德氏菌(Burkholderia cepacia)和南极假丝酵母(Candida antarctica)的脂肪酶,它们分别具有水解PCL的能力。另外还有一种蛋白酶K,具有水解PLA的能力。上述酶都很便宜,而且很容易获得。

  通过新工艺制造的改性PCL和PLA在几周内就能实现降解。改性PCL在40?°C缓冲溶液中浸泡后会在内部降解。在分解成微塑料颗粒后,荧光标记的脂肪酶仍然被包裹,并继续降解微塑料,在24小时内达到98%的降解率。当降解失重率从20%增加到80%时,材料总体结晶度不变。因此,非晶相和晶相中的PCL段都会降解,而不是主要发生在随机断裂过程中的非晶段。含有约1.5%蛋白酶K(总添加剂<5%)的改性PLA在37?°C的缓冲液中,1周内可以降解约80%。在工业堆肥条件下,改性PCL在40℃下2天内降解,改性PLA在50℃下6天内降解。

  这项研究结果通过将解聚酶嵌入材料中,加速了塑料的降解,且不会产生微塑料等对环境有害的物质。改性塑料的性能不受添加剂的影响,且降解过程可控、持续、高效。这种创新思路有望实质性解决塑料带来的环境问题。

 

 

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