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2021年04月27日 星期二 出版 返回首页 | 版面概览 | 版面导航 | 标题导航
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关于塑料降解 这两个新发现或将造福人类

  动物园的猴子、鹈鹕、海豚等动物,有时会误吞游客随手丢的1号塑料瓶,最后由于不消化而痛苦地死去;有的海域一眼望去美丽纯净,走近了看,其实飘浮了各种各样的无法为海洋所容纳的塑料垃圾,在多只死去海鸟样本的肠子里,科研人员发现了各种各样的无法被消化的塑料……

  塑料是一类高分子聚合物的统称,包括聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯对苯二甲酸酯、聚苯乙烯和聚氯乙烯等,其形成的“白色污染”给全球带来严重的环境污染和生态破坏。由于塑料的无法自然降解性,它已成为人类的第一号敌人,也已经导致许多动物死亡的悲剧。

  不过,最近有两个消息或许能在降解塑料拯救环境污染问题上发挥大作用。

  能有效降解塑料垃圾的海洋微生物菌群和酶被我国科学家发现了!

  记者从中国科学院海洋研究所了解到,该所科研团队成功获得一个能有效降解塑料垃圾的菌群,并从这个菌群筛查出能明显降解聚乙烯塑料的多个酶,这一成果近日发表在国际学术期刊《危险材料》上。

  中国科学院海洋研究所研究员孙超岷带领的科研团队,自2016年开始从青岛近海采集了上千份塑料垃圾样本。经过大量筛选,科研人员发现了一个在塑料表面具有很明显定殖和降解能力的菌群。这个菌群在含有塑料垃圾的培养基中能维持良好的生长能力,科研人员推测其是通过降解塑料获得额外的能量来源。

  为此,科研人员对这个菌群组成种类和丰度进行定量分析,发现有5类细菌为优势种群,通过培养成功获得上述5类细菌的纯培养菌株,其中3株具有明显降解塑料能力。科研人员将这3株细菌按照一定比例进行复配,成功获得一个能稳定共存并能显著降解塑料垃圾的菌群。这一复配的菌群尤其喜好降解聚乙烯塑料,两周时间可以将聚乙烯塑料降解为碎片。科研人员结合红外光谱等手段多方位证实这一复配菌群能有效降解塑料。

  此后,科研人员从这一复配菌群中筛查到多个可能参与降解塑料的候选酶类,并结合体外表达技术获得多个在24小时内能明显降解聚乙烯塑料的酶。

  美国科学家们发明一种新工艺:仅用热量和水,就可让可堆肥塑料降解

  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。   综合新华社、新华网消息

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