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让塑料变得“高大上”

发布日期:2018/5/28 16:12:43      来源:中科院之声      作者:
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      塑料随处可见,认真观察一下你就会发现,我们喝水用的杯子、购物用的袋子、盛水果的盘子、手机上的保护套……都是由塑料制造而来的,塑料制品已经成为日常生活中不可或缺的一部分。

      但是,塑料在给人类生活带来方便的同时,也带来了大麻烦,由废弃塑料引起的“白色污染”正变得越来越严重。大部分的塑料产品在一次性消费后就会被丢弃,全世界每年有4000万吨的废弃塑料丢在环境中,仅中国每年就会产生200万吨的废弃塑料,大量的废弃塑料在环境中不断积累,已经严重威胁到我们的生态环境。在纪录片《塑料王国》中,我们可以直观地看到塑料给当地居民带来的深刻伤害。
      一般来说,处理废弃塑料的方法主要有两种。一是填埋处理,这种方法不仅浪费大量土地资源,塑料在缓慢的降解过程中还会产生各种有毒物质,造成土壤污染;而且,传统塑料在土壤中完全降解,往往需要几十年甚至几百年的时间。二是直接焚烧,这种方法会导致大量温室气体排入大气中,还会产生二噁英等有毒物质造成二次污染。
      那么,解决“白色污染”有没有更好的方法呢?答案是肯定的。
      用生物可降解塑料替代传统塑料就是一个很好的选择。生物可降解塑料在土壤中最多需要180天就能完全降解,不会产生任何有毒物质。同时,生物可降解塑料的主要原料来源是可再生的生物质资源,生产过程也是绿色环保的。
      目前市场上的生物可降解塑料主要是聚乳酸(PLA)和聚羟基脂肪酸酯(PHA),相关产品的市场也在快速增长。但是,现有的生物塑料产品主要是包装袋、一次性餐具等低端产品,附加值较小。
      是什么因素限制了生物塑料的应用呢?主要原因是现有生物塑料的材料性能存在不足。不论是传统的 PLA 还是 PHA,主要由单一物质聚合而来,热力学性能、机械性能等方面都不能满足高端产品的加工和应用。
      研究发现,在生物可降解塑料中以一定比例加入其他物质后,可以明显改善原有生物塑料的材料性能。比如对于 PLA 而言,以一定比例加入 D-乳酸的聚合物后,PLA 的拉伸强度、杨氏模量等参数都会得到显著提升,更能满足高端产品的应用。
      但是,D-乳酸和 L-乳酸是关系非常好的俩兄弟,经常同时出现在一个地方,想要赶走 L-乳酸,得到聚合级纯度的 D-乳酸可不是一件容易的事情,这可让科研人员伤透了脑筋。
      日前,中科院青岛生物能源与过程研究所赵广研究组发现,克雷伯氏菌可以大量合成 D-乳酸。经过重重探索和测试,科研人员首次实现了100%光学纯 D-乳酸的生物合成,生产效率超过了3g/L/h,极大的促进了聚乳酸的改性研究。
      不仅如此,研究人员在前期研究中还合成了一种新型 PHA——聚3-羟基丙酸(P3HP),与常见的 PHA 相比,P3HP 的机械性能、生物降解性、生物相容性等更加优异。为了进一步改善 P3HP 的材料性能,科研人员开发了一种细胞内自动调控系统,可以将3-羟基丁酸等其他单体以任意比例和不同方式插入到 P3HP 中,获得不同材料性能的 PHA 产品,极大地拓宽了潜在应用范围。
      目前,研究人员还在这一领域继续开展进一步的深入研究,试图针对产品的材料性能,进行进一步的加工和改造,让最终的产品不仅可以用于包装材料、农用地膜等低端产品的制造,有效替代传统塑料,改善生态环境,还将用于高级纤维、医用植入材料、药物释放载体等高端产品的制造,显著提升附加值。
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