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面向世界科技前沿,面向國家重大需求,面向國民經濟主戰場,率先實現科學技術跨越發展,率先建成國家創新人才高地,率先建成國家高水平科技智庫,率先建設國際一流科研機構。

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海水降解塑料研發,任重道遠

2021-12-23 光明日報
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語音播報

  當前,塑料污染已經成為地球上直逼氣候變化的另一重大威脅,因為它正在急劇而不可逆地污染每一種自然系統,并危及越來越多的生物。海洋也是如此。

  海洋塑料垃圾污染有多嚴重?據統計,全球每年塑料廢棄物超過3000萬噸,其中有超過800萬噸的塑料垃圾被直接丟棄或從陸地通過河道、風力最終進入海洋。目前,幾乎所有類型的塑料都已經在海洋中找到,其中80%以上是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、尼龍(PA)、聚氯乙烯(PVC)等非降解樹脂材料,它們在海水中受光、風化、渦流機械和生物群的不斷作用,最終形成直徑小于5毫米的“微塑料”。由于難以降解,這些微塑料會不斷積累,不僅會影響海鳥、魚和其他海洋生物,也將逐漸通過食物鏈影響人類。

  與陸地上的白色污染治理不同,受海洋特殊水域環境限制,人們幾乎無法通過傳統打撈方式對這些細小的塑料微粒進行廣泛收集和處理。因此海洋塑料污染的治理日益緊迫但困難重重。

  那么,如何才能遏制這種趨勢?開發和使用能在海洋環境中自行降解的塑料制品,替代PE、PP、PA等難降解塑料制品,是公認的解決這一問題的最根本途徑。

  近年來,我們為了解決“白色污染”開發了很多種可生物降解的新材料,如聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)及其共聚酯(PBAT)等。這些新材料已在眾多領域中替代了不可降解的通用塑料,成為“禁塑令”實施的重要支撐,在一定程度上緩解了陸地上的“白色污染”。

  但這些材料在海洋中卻難以降解——聚酯材料堆肥降解的本質是聚合物在微生物酶作用下發生的酶促水解反應,這需要環境中特異微生物、數量、溫度等滿足一定的要求。

  然而海洋卻沒有這種條件。

  研究表明,海洋環境以高鹽、高壓、低溫和稀營養為特征。海面及近海處平均溫度17℃、海面以下大部分水溫為0-4℃。海洋微生物數量除了近海區密度略大外,大洋中微生物密度平均每毫升只有幾個至幾十個,與堆肥降解過程中每升土壤中的微生物數量相比,幾乎可以忽略。海洋環境的這種特點極大抑制了聚酯材料在海水中的降解性能。以陸地上常用的生物降解塑料PLA為例,堆肥條件下,PLA標準樣條50天左右失重達到70%;但是在自然海水中放置1年也沒有觀察到明顯失重。

  不過令人欣喜的是,通過對不同材料在海水中降解過程和降解機制的深入研究,科研人員將非酶促水解與生物降解過程相結合,已經設計研制出了一類海水中可快速降解的聚合物,這類高分子材料在功能主鏈中嵌入了易水解的位點或片段,不僅具有通用塑料相媲美的使用性能,同時可以在海水、土壤、淡水等自然環境中快速降解,是一種全自然域可降解的高分子材料。

  這只是邁出第一步。作為新的可降解材料,還需要經受相關材料標準和檢測標準的進一步驗證。而作為新的海水降解的塑料制品,還需要結合市場需求進行材料篩選,并將復雜的合成工藝進行生產放大,仍然任重道遠。

 ?。ㄗ髡撸和醺駛b,系中國科學院理化技術研究所高級工程師)

打印 責任編輯:侯茜
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