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新工艺使“可生物降解”塑料更容易分解

2021-05-07
新工艺使“可生物降解”塑料更容易分解

    可生物降解塑料一直被认为可帮助解决塑料污染问题,但今天大多数“可堆肥”塑料袋主要由聚乳酸(PLA)制成,在堆肥过程中并没有分解,还会污染其他可回收塑料。不过,发表在21日的《自然》杂志上的最新研究称,美国科学家们发明一种新工艺:仅用热量和水,就可让这些可堆肥的塑料更容易分解。

    此前,加州大学伯克利分校材料科学与工程学教授徐婷及其研究小组发现一种可降解有毒的有机磷化学物质的酶,还设计了一种称之无规杂聚物或RHP的分子,这些分子包裹着酶,可在不限制酶自然韧性的情况下轻轻地将其结合在一起,保护酶不解体。RHP由4种类型的单体亚基组成,每种亚基都具有与特定酶表面的化学基团相互作用的化学性质。它们在紫外光下会降解,并以小于塑料重量1%的浓度存在。

    在此次研究中,研究团队使用了类似的技术,在制作塑料时,他们将数十亿个纳米级的可食用聚酯的酶包裹在RHP中,再嵌入到塑料树脂珠中。

    研究发现,RHP包裹的酶不会改变塑料的特性。当暴露于热和水时,这种酶会摆脱聚合物包裹材料,并分解塑料聚合物。塑料可以在170摄氏度左右的温度下熔融并挤出成像普通聚酯塑料一样的纤维。就PLA而言,酶会将其还原为乳酸,可“喂养”堆肥中的土壤微生物。而聚合物包裹材料也会降解。

    对于PLA,研究人员使用了一种名为蛋白酶K的酶,这种酶可以将PLA咀嚼成乳酸分子;对于聚己内酯(PCL),则使用了脂肪酶。这两种酶价格低廉且易获得。

    要引发塑料降解,只需加入水和少量热量即可。室温下,80%的改性PLA纤维在一周内完全降解。温度越高,降解速度越快。在工业堆肥条件下,改性聚乳酸在50摄氏度下6天内降解。另一种聚酯塑料PCL在40摄氏度的工业堆肥条件下,两天内降解。

使用这种工艺制造出的塑料,多达98%会降解成小分子。而且这一过程避免了微塑料的产生。

研究人员表示,改性聚酯在较低温度或短暂潮湿时不会降解。其浸泡在温水中可以降解,这意味着在家中就可对塑料进行堆肥处理