塑料的发明极大地便当了咱们的日常日子。可是,大规模塑料废物的发生以及不妥的塑料处理方式,使塑料废物(也就是白色污染)成为当下最严峻的环境问题之一。
塑料废物问题之所以难以解决,主要是石油基塑料在天然界中需求上百年才干降解,这给土壤和环境造成了污染。要想从源头解决“白色污染”,应该用可降解塑料,如用聚乳酸(PLA)代替石油基塑料。
为了加速可降解塑料的降解速度,我国科学家发明了一种“活”塑料,经过对微生物进行基因修改,使其发生具有耐受极点环境才干的芽孢,在特定条件下分泌塑料降解酶,并经过塑料加工办法将芽孢包埋在塑料基质中。
在日常环境中,芽孢坚持休眠状态,塑料坚持稳定的运用性能,只要在特定条件下(如外表腐蚀、堆肥),塑猜中的芽孢才会被激活并发动降解程序,完成塑料的彻底降解。
经过改造芽孢编程可以降解“活”塑料。图片来历:参考文献[1]
不行降解塑料
塑料是一种人工组成的高分子资料,它的前史可追溯到19世纪末。到了20世纪中期,跟着石油化工工业的开展,塑料的生产成本大幅降低,塑料的运用范围也进一步扩展,成为现代社会不行或缺的一部分。但是,塑料的广泛运用也带来了很多环境问题,随处可见的“白色污染”现已严重威胁到地球和人类的生计与开展。
石油基塑料需长达几百年才干降解,相较人类的时刻跨度来说,基本可以界说为“不行降解塑料”。
为什么塑料降解如此困难?因为塑料是最近一百多年才出现的高分子聚合物。一百年的时刻对人类来说可可以长,但对大自但是言就是弹指一瞬,在这么短的时刻内,还不满足进化出能快速降解这些塑料的微生物。
据统计,传统的石油基塑料,例如聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),降解时刻都在百年以上。
各种塑料降解需求的时刻。图片来历:参考文献[2]
可降解塑料
跟着塑料废物问题日益严重,人类也意识到解决“白色污染”的紧迫性,开始寻觅石油基塑料的代替品。我国出台了从“限塑令”到“禁塑令”的许多方针,约束运用不行降解塑料,在这样的背景下,可降解塑料遭到越来越多的关注。
有一类生物来历的高分子聚合物,天然界中存在可以快速降解它们的微生物和酶,可以在不到一年的时刻内天然降解这些聚合物,它们被称为“可降解塑料”,如聚乳酸(PLA)、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)、聚羟基脂肪酸(PHA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚碳酸酯(PCL)等。
目前,运用可降解塑料代替石油基塑料,现已成为国内外的开展趋势,例如超市有偿供给的可降解塑料袋、餐饮行业的可降解塑料吸管,以及医院做手术用的可降解手术缝线(不需求拆线)等。
可降解塑料袋。图片来历:图虫构思
芽孢:提高降解速度
要想提高可降解塑料的降解速度,就要增加降解酶的数量。将降解酶放到塑猜中,在塑料被抛弃的时候主动释放出降解酶,提高降解速度。不过,怎么把降解酶保存到塑猜中,并保证平常运用时不降解,抛弃时才发动降解呢?科研工作者们想到了细菌的一个特别结构——芽孢。
天然界经过亿万年的演化,使诸多微生物进化出了抵抗恶劣环境条件的才干。当不再合适生物生计和繁殖的极点环境到来时,细菌就会改变成芽孢的形式,这种改变可以让细菌取得超强的抵挡才干。芽孢可以忍耐极点的枯燥、温度和压力,而这些极点环境刚好存在于塑料加工的环境中。
因此,中国科学院深圳先进技能研讨院戴卓君团队提出,经过组成生物学办法改造枯草芽孢杆菌,将可控分泌塑料降解酶(洋葱霍尔德菌脂肪酶,Lipase BC)的基因线路导入枯草芽孢杆菌,并在二价锰离子的环境中,迫使枯草芽孢杆菌“休眠”,构成芽孢形状。
发生的芽孢相同带有修改的基因线路,并且相比于细菌还具有了针对高温、高压、有机溶剂和枯燥的耐受性。研讨团队经过将基因工程改造的芽孢溶液与聚碳酸酯(PCL)塑料母粒直接混合,经过高温熔融挤出或许有机溶剂办法制备了一系列含有芽孢的塑料。
在物理性能方面的各项测试中,“活”塑料与一般塑料(PCL)在屈服强度、应力极限、最大形变量和熔点等参数上均没有显著差异。在不需求任何其他外源制剂的加入下,土壤环境中,“活”塑料可以在25天-30天内被彻底降解,而传统可降解塑料(PCL)则需求55天左右才干被降解至肉眼不行见。
为了验证系统的普适性,研讨人员持续尝试了其他的塑料体系,将芽孢与聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)、聚乳酸(PLA)、聚羟基脂肪酸(PHA)以及聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等聚合资料进行混合加工,制备了相应的“活”塑料。
“活”塑料在土壤中的降解过程 a.“活”塑料在土壤中30天即可彻底降解;b.一般的PCL塑料在土壤中55天彻底降解。图片来历:参考文献[1]
研讨人员还将“活”塑料置于常见的碳酸饮料环境中浸泡2个月,在没有外界作用的情况下,“活”塑料可以坚持稳定的外形,阐明活体塑料可以像传统塑料一样正常运用,只要在它们被破坏或被抛弃时,才会发动降解程序。这项研讨为新型可生物降解塑料的开发供给了新的视角和办法,有望助力解决当下的塑料污染困境。
结语
“活”塑料的发明为解决塑料废物(白色污染)这一全球性难题供给了新的思路和解决方案。经过生物工程技能,科学家们成功地将微生物的天然进化优势与现代资料科学相结合,创造出一种可以在特定条件下自主降解的塑料。这一立异成果不只在理论上展示了可持续开展的可能性,也在实践中为削减塑料废物的环境影响带来了切实的希望。
但是,“活”塑料的推广和运用仍需克服诸多挑战,包括生产成本、技能成熟度以及大规模运用的社会接受度等问题。只要在科技进步与方针引导的双重推动下,这一新型资料才干真正走向市场,成为应对“白色污染”的利器。注塑机回收
未来,咱们等待更多这方面的科技立异,从源头上削减塑料污染,完成人与天然调和共生。让咱们共同努力,为维护地球环境贡献力量。