食用聚合物的酶使可生物降解塑料真正实现堆肥

2021年04月23日 01:37 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

可生物降解塑料被宣传为解决困扰世界的塑料污染问题的方法之一,但是今天的 "可堆肥 "的塑料袋、餐具和杯盖在典型的堆肥过程中不会分解,而且会污染其他可回收塑料,给回收商带来麻烦。大多数可堆肥塑料主要由被称为聚乳酸(PLA)的聚酯制成,最终被填埋,其寿命与永久塑料一样长。

加州大学伯克利分校的科学家们现在发明了一种方法,使这些可堆肥塑料更容易分解,只需加热和水,在几周内就能分解,解决了一个令塑料行业和环保人士困惑的问题。加州大学伯克利分校材料科学与工程系和化学系教授Ting Xu说:"人们现在准备转而使用可生物降解的聚合物来处理一次性塑料,但如果事实证明它造成的问题多于它的价值,那么政策可能会倒退,现在,我们可以解决一次性塑料无法生物降解的这一持续问题"。Xu是一篇描述该过程的论文的资深作者,该论文将出现在本周的《自然》杂志上。

理论上,这项新技术应该适用于其他类型的聚酯塑料,也许可以创造出可堆肥的塑料容器,这些容器目前是由聚乙烯制成的,是一种不会降解的聚烯烃。Xu认为,聚烯烃塑料最好被转化为更高价值的产品,而不是堆肥,他正在研究如何将回收的聚烯烃塑料转化为再利用。

新工艺涉及在塑料制造过程中嵌入吃聚酯的酶。这些酶受到一种简单的聚合物包裹的保护,防止酶被解开而变得无用。当暴露在热和水中时,酶摆脱了它的聚合物包裹,并开始将塑料聚合物分解成其组成部分,在聚乳酸的情况下,将其还原成乳酸,这可以为堆肥中的土壤微生物提供营养。聚合物包裹层也会被降解。

这个过程消除了微塑料,这是许多化学降解过程的副产品,本身就是一种污染物。使用Xu的技术制造的塑料高达98%会降解成小分子。该研究的共同作者之一,前加州大学伯克利分校的博士生Aaron Hall,已经成立了一家公司,进一步开发这些生物可降解塑料。

塑料被设计成在正常使用过程中不会被分解,但这也意味着它们在被丢弃后不会被分解。最耐用的塑料有一个几乎像水晶一样的分子结构,聚合物纤维排列得非常紧密,水无法穿透它们,更不用说可能咬碎聚合物的微生物了,而聚合物是有机分子。

脂肪酶(绿球)等酶可以从表面降解塑料聚合物。但它们会随意切断聚合物链,留下微塑料。加州大学伯克利分校的一个小组将酶嵌入整个塑料中,由纳米簇保护。嵌入的酶被固定在聚合物链的末端附近,在适当的热量和水分条件下,从末端降解聚合物分子。这种技术在使用过程中保留了塑料的完整性,但是,当用户触发解聚时,塑料会一直变成可回收的小分子副产品。

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