真正使塑料生物降解

可生物降解塑料被宣传为一个解决困扰世界的塑料污染问题,但是今天的可降解的塑料袋,餐具和杯盖子不分解在典型的堆肥和污染其他可回收的塑料,为回收创造了头痛。最可降解塑料,主要的聚酯聚乳酸,或计划,最终在垃圾填埋场和最后只要永远塑料。

加州大学伯克利分校,科学家已经发明了一种方法,使这些可降解塑料更容易分解,热量和水,在几周内解决问题,有困惑的塑料工业和环保人士。

“人们现在准备进入生物可降解聚合物一次性塑料,但如果事实证明它创造更多的问题比它的价值,那么政策可能会恢复,“徐婷说,加州大学伯克利分校材料科学与工程和化学教授。“我们基本上是说我们正在正确的轨道上。我们可以解决这个继续一次性塑料不被生物降解的问题。”

徐是一篇文章的资深作者描述的过程将出现在4月xx出版的《自然》杂志上。

新技术理论上应该适用于其他类型的聚酯塑料,也许允许创建可降解的塑料容器,目前是由聚乙烯、一种聚烯烃,不降低。徐认为聚烯烃塑料最好变成价值更高的产品,没有肥料,是致力于变换回收聚烯烃塑料以便重用。

新过程包括嵌入polyester-eating酶在塑料的。这些酶是通过一个简单的聚合物包装保护,防止酶分解,成为无用的。当暴露在高温和水,其聚合物酶不以为然裹尸布,开始咀嚼塑料聚合物的构建块,为解放军的情况下,减少乳酸,可为土壤微生物堆肥。聚合物包装也会降低。

消除塑料微粒过程,许多化学降解过程的副产品和污染物本身。高达98%的塑料用徐的技术降解成小分子。

该研究的合著者之一,前加州大学伯克利分校博士生亚伦大厅,剥离了公司进一步发展这些生物可降解塑料。

使塑料自毁

塑料不分解在正常使用而设计的,但这也意味着他们不分解后丢弃。最耐用的塑料几乎有一个晶莹的分子结构,与聚合物纤维排列紧密,水不能穿透它们,更不用说微生物可能会咀嚼聚合物,有机分子。

徐的想法是直接嵌入纳米polymer-eating酶在塑料或其他材料,隔绝和保护他们,直到合适的条件下释放他们。2018年,她在实践中显示了这是如何工作的。她和加州大学伯克利分校的团队嵌入在一个纤维垫,降解有毒有机磷酸酯酶的化学物质,像那些在杀虫剂和化学战剂。垫时沉浸在化工、嵌入有机磷酸酯酶抛锚了。

她的主要创新是一种保护酶从分崩离析,而蛋白质通常以外的正常环境,比如一个活细胞。她设计的分子称为随机杂聚合物,或右投手,环绕的酶和温柔的拥抱在一起没有限制其自然的灵活性。右投手是四种单体单元组成,每一个与化学性质与化学交互设计组织表面的特定的酶。他们降低在紫外线照射下,出席的浓度小于1%的塑料,足够低的重量不成为一个问题。

研究报道在《自然》杂志发表的论文中,徐和她的团队使用了一个相似的技术,遮蔽酶在右投手和嵌入数十亿这些纳米粒子在塑料树脂珠子的起点都是塑料制造。她把这一过程比作嵌入塑料颜料的颜色。研究人员表明,RHP-shrouded酶并没有改变塑料的特性,可以融化和挤压成纤维与普通聚酯塑料的温度在170摄氏度,338华氏度。

触发退化,只需要添加水和热量。在室温下,80%的改性聚乳酸纤维退化完全在一个星期左右。降解速度更高的温度。工业堆肥条件下,修改后的PLA降解在六天在50摄氏度(华氏122度)。另一个聚酯塑料、PCL(聚已酸内酯),工业堆肥条件下退化两天在40摄氏度(华氏104度)。对解放军来说,她嵌入式酶蛋白酶K解放军嚼成乳酸分子;PCL,她用脂肪酶。都是便宜的和现成的酶。

“如果你只有酶表面的塑料,它会腐蚀非常缓慢,”徐说。“你希望它分布式nanoscopically无处不在,从本质上讲,每个人只需要吞噬他们的聚合物的邻居,然后整个材料分解。”

堆肥

与市政堆肥快速降解效果很好,一般需要60 - 90天将食品和植物废料转化为可用的堆肥。工业堆肥高温花费更少的时间,但是修改后的聚酯也在这些温度分解得更快。

徐怎么怀疑温度升高使酶多走动,让它更快地找到聚合物链的结束和咀嚼它,然后继续下一个链。RHP-wrapped酶也往往结合在聚合物链的末端附近,保持酶的接近他们的目标。

修改后的聚酯在较低温度下不降低或在潮湿的短暂,她说。涤纶衬衫用这个过程将承受汗水和清洗在中等温度下,例如。在室温下在水中浸泡三个月没有造成塑料降解。

浸泡在温水中并导致退化,当她和她的球队。

“原来堆肥是不够的——人们想堆肥在家里没有得到他们的手脏,他们想堆肥在水里,”她说。“所以,这就是我们想看到的。我们用温暖的自来水。只是温暖到合适的温度,然后把它放在,我们看到在几天内就会消失。”

徐发展RHP-wrapped酶能降低其他类型的聚酯塑料,但她也修改右投手,退化可编程停止在指定点和不完全破坏的材料。这可能是有用的,如果塑料被再次熔化,变成新的塑料。

支持的部分项目是国防部陆军研究办公室的美国陆军作战能力发展命令陆军研究实验室。

“这些结果为合理的设计提供了一个基础的高分子材料,可以降低在相对较短的时间尺度,这可能为军队提供显著的优势物流与废物管理相关,”斯蒂芬妮McElhinny说,博士,与陆军研究办公室项目经理。“在更广泛的层面上,这些结果提供洞察活性生物分子在固态材料的整合策略,对各种可能影响未来军队的能力,包括传感、去污和自修复材料。”

徐小姐说,编程的退化可以回收很多对象的关键。想象一下,她说,使用可降解胶组装计算机电路甚至整个手机或电子产品,然后,当你完成它们,溶解胶水,这样设备崩溃,所有的碎片可以重用。

“这是有利于千禧一代思考这个问题,开始一次谈话,会改变我们与地球接口的方式,”徐说。“看看我们扔掉所有浪费的东西:衣服,鞋子,电子产品如手机和电脑。我们正在从地球上速度超过我们可以返回他们。不要为这些材料我回到地球,但是我不管你有什么,然后把它转换成其他东西。”

参考
江DelRe C, Y,康P, et al。几乎完全解聚的聚酯nano-dispersed酶。自然。2021,592 (7855):558 - 563。doi:10.1038 / s41586 - 021 - 03408 - 3

本文从以下转载材料。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。