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如何让塑料更环保 成为塑料行业科研主题

发布:2013-09-05 09:50   来源:环球塑化网   阅读:270
摘要:近日,青岛能源所在可降解塑料生物合成领域取得新进展。传统塑料以石油化工产品为原料制造危害多,而P3HP通过微生物发酵生产,不会受到能源危机和石油价格上升的影响,不造成污染。环境和经济需求可观。
  
 
    近日,中国科学院青岛生物能源与过程研究所(以下简称青岛能源所)生物基化学品团队在可降解塑料生物合成领域取得新进展,研究人员利用葡萄糖、甘油等廉价可再生碳源合成了聚3-羟基丙酸(P3HP)。

  青岛能源所生物基化学品团队研究员赵广在接受《中国科学报》记者采访时透露:“我们开发的聚3-羟基丙酸合成路线产量已达20 g/L,远高于其他文献报道的最高产量(1.4 g/L)。”

  传统塑料危害多

  塑料因质轻、综合性能好、易加工等诸多优点而一直受到社会青睐,广泛用于工农业及人们生活的各个方面。目前常用的塑料,包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等,都是以石油化工产品为原料制造的。这些塑料结构稳定,不能被生物降解,对环境造成极大危害。

  昔日被誉为“白色革命”的塑料,而今却成为造成世界“白色污染”的罪魁。如农用塑料地膜的大量使用既加速了土地的侵蚀,也加速了有毒杀虫剂的流失,并对流经地域造成更大的危害。

  虽然塑料废弃物可以进行回收再利用,但由于塑料种类众多,需要分类处理,增加了回收的难度,再利用率不高。因此,塑料废弃物主要通过填埋和焚烧的方法处理。

  塑料废弃物填埋会大量占用土地,影响土地的可持续利用,而且塑料生产过程中使用的化学添加剂(如重金属化合物)、塑料包装盒上残留的食品有机物等会产生渗滤液,引起地下水污染。

  废塑料直接进行焚烧处理,不但产生大量黑烟,导致大量温室气体排入空气中,还会分解出有毒物质(如二恶英、氯气等)给环境造成严重的二次污染。

  生物合成优势大

  一般说来,目前市场上没有完全环保的塑料制品,只是在塑料中加入一些成分后,使其相对容易降解。

  市场上的环保塑料一般采用无毒的聚烯烃树脂,在生产过程中加入一定量的添加剂,如淀粉、改性淀粉或其它纤维素、光敏剂、生物降解剂等。

  虽然这些添加成分使塑料包装物的稳定性下降,可在自然环境中分解,但可降解部分仅限于淀粉、纤维素等添加成分,聚烯烃等树脂成分仍然是无法降解的,只是以较为微小的形式分散到环境中,更难回收和处理。从某种意义上讲,其对环境的潜在污染更甚于传统塑料。

  青岛能源所生物基化学品团队制备的可降解塑料聚3-羟基丙酸(P3HP)属于聚羟基脂肪酸酯,这类塑料可迅速被土壤中的天然微生物直接降解利用,不会产生任何有害成分。

  同时,P3HP通过微生物发酵生产,不会受到能源危机和石油价格上升的影响,生产过程也是绿色环保,不造成污染。

  P3HP是一种拥有广阔发展前景的新型可降解塑料,具有优异的生物材料性质和机械性能,比如具有高机械强度和拉伸强度、高断裂伸长量(>300%)、生物降解性、生物相容性、无毒及热塑性等。

  P3HP具有广阔的潜在应用范围。由于良好的生物相容性,P3HP可用于制造医疗器械,尤其是一些需要植入体内的器械等。因优异的机械性能和生物降解性,它还可用于制造包装材料、农田地膜等。

  近日,青岛能源所生物基化学品团队分别克隆了不同来源的聚3-羟基丙酸合成所需的酶基因,在大肠杆菌中表达纯化了相关酶并比较它们的催化活性,选择具有最高活性的酶基因组合构建了两条合成聚3-羟基丙酸的代谢途径,可利用葡萄糖、甘油等廉价可再生碳源生产聚3-羟基丙酸。

  为进一步改善聚3-羟基丙酸的材料性能,研究人员还在其中掺入了3-羟基丁酸单体,使材料的热力学性能和机械性能得到了明显改善。

  环境和经济需求可观

  可降解塑料生产当前在全球都处于起步阶段。可降解塑料按照降解机理可大致分为光降解塑料、生物降解塑料和光—生物双降解塑料。其中,光降解塑料由于价格较高,又只能在光照下降解,受地理环境、气候制约性很大,埋地部分不能降解等诸多缺点,最终将退出历史舞台。

  具有完全降解特性的生物降解塑料和具有光—生物双重降解特性的光/生物双降解塑料,吸引了世界各国研究人员的目光,成为了目前主要的研究开发方向和产业发展方向。

  我国每年对生物降解塑料的需求超过100万吨,但实际产量却不足10万吨。

  青岛能源所生物基化学品团队开展的生物法合成P3HP的研究还刚刚起步,无法进行工业化生产,但他们相信P3HP作为新型可生物降解塑料具有巨大的市场潜力。

  目前,P3HP生物合成面临的最大问题就是如何提高产量,降低成本。

  导致生物法合成可降解塑料成本较高的原因一方面来自原料,比如一吨原料甘油的价格是几千元,因此该团队正在尝试利用农林废弃物、秸秆等原料生成聚3-羟基丙酸。

  另一方面来自制备技术,如何使P3HP的合成路线具有更高的转化效率也是该团队正在努力攻克的另一个难题。

注:部分数据来源互联网,仅供参考 (责任编辑:-)

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