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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,在堆肥過程中并沒有分解,還會污染其他可回收塑料。不過,發表在21日的《自然》雜志上的最新研究稱,美國科學家們發明一種新工藝:僅用熱量和水,就可讓這些可堆肥的塑料更容易分解。

    此前,加州大學伯克利分校材料科學與工程學教授徐婷及其研究小組發現一種可降解有毒的有機磷化學物質的酶,還設計了一種稱之無規雜聚物或RHP的分子,這些分子包裹著酶,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種類型的單體亞基組成,每種亞基都具有與特定酶表面的化學基團相互作用的化學性質。它們在紫外光下會降解,并以小于塑料重量1%的濃度存在。

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

    研究發現,RHP包裹的酶不會改變塑料的特性。當暴露于熱和水時,這種酶會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。這兩種酶價格低廉且易獲得。

    要引發塑料降解,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%會降解成小分子。而且這一過程避免了微塑料的產生。

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


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