科学家发明一种强度更高、可回收的塑料

科学家发明一种强度更高、可回收的塑料新的可生物降解聚酯由于其出色的化学和生物降解能力以及令人印象深刻的机械性能，有可能被用作一种可持续的、环境友好的热塑性材料，可以很容易地被回收。常见的高密度聚乙烯（HDPE）是一种特别坚固和耐用的材料。它的热塑性能归功于其分子链的内部结构，这些分子链以结晶方式排列，由于范德华力而产生了额外的吸引力。这些分子链也是纯碳氢化合物。结晶性和碳氢化合物含量的结合意味着有能力降解塑料的微生物无法进入分子链将其分解。德国康斯坦茨大学的StefanMecking及其同事的研究小组现在已经开发出一种聚酯，它的结晶度与高密度聚乙烯相似，而且还保留了其有益的机械性能。与聚乙烯不同，聚酯还含有理论上可以被化学或酶降解的功能团。然而，在正常情况下，聚酯的结晶度越高（即与高密度聚乙烯越相似），它就越不容易被生物降解。该团队对他们发明的结晶聚酯在接触到酶时的降解速度感到惊讶。Mecking解释说："我们用自然环境中存在的酶测试了降解，它比我们的参考材料快一个数量级。不仅仅是酶溶液降解了该材料：土壤微生物也能够完全堆肥该聚酯。"但究竟是什么让这种聚酯纤维具有如此特殊的生物降解性呢？研究小组能够确定乙二醇的重大贡献，乙二醇是聚酯的组成成分之一。Mecking补充说。"这种构件实际上在聚酯中非常常见。它提供了高熔点，但它也增加了这些类似聚乙烯材料的降解性"。由于其良好的化学和生物降解性，再加上其机械性能，这种新的聚酯可以作为一种可回收的热塑性材料找到应用，对环境的影响最小。Mecking补充说，最终目标是进行闭环化学回收，将塑料分解成原材料并生产新塑料。该团队设计的这种塑料的额外好处是，如果有任何材料在这个闭环中进入环境，它们可以进行生物降解，不会留下持久的影响。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1345227.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1345227.htm

化学"断裂点"让新型塑料在几天到两个月内完成生物降解

化学"断裂点"让新型塑料在几天到两个月内完成生物降解因此，大量的研究集中在设计新型的塑料，使其在完成工作后能更快地进行生物降解，这并不奇怪。而现在，康斯坦茨大学的一个团队已经创造了一个有希望的新候选材料。现在，康斯坦茨大学的化学家们已经开发出一种新的塑料，它具有普通塑料的所有耐久性，但在几个月甚至几天内就能生物降解。这种新材料被称为聚酯-2,18，以其组成的两个模块命名--一个含有两个碳原子的短二元醇单元和一个含有18个碳原子的二元羧酸。虽然它保持了密集的结晶结构，使普通塑料（如HDPE）具有耐用性，但该团队插入了化学"断点"，使该材料能够解开其基本模块，从而可以被回收和重新使用，更重要的是，该团队说这种材料的基础部分可以从可再生资源中获得。在实验室测试中，这种聚酯在几天内就完全分解了。在一个标准的工业堆肥厂进行的进一步测试，使用其他微生物，花了大约两个月，这是令人印象深刻的速度。这些实验表明，不仅这种材料可以被有意地分解，而且如果它中的一些进入了土壤或海洋，它所造成的问题也会少很多。该研究的通讯作者StefanMecking说："我们也对这种快速降解感到惊讶。当然，我们不能将堆肥厂的结果一对一地转移到任何可以想象的环境条件。但它们确实证实了这种材料确实是可生物降解的，并表明如果它无意中被释放到环境中，它的持久性要比高密度聚乙烯等塑料小得多"。该团队计划继续研究这种新聚酯的可回收性和生物降解性，以及如何将其用于3D打印和包装材料。该研究发表在《AngewandteChemie》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1335853.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1335853.htm

流行的"可堆肥"塑料在海洋中其实并不会分解

流行的"可堆肥"塑料在海洋中其实并不会分解这项研究强调了聚乳酸等纺织材料与纤维素纺织材料之间的区别，前者可以在有管理的工业环境中进行堆肥处理，而后者则能够在自然环境中进行生物降解。以石油为基础的塑料废物在海洋中的积累和持久性是海洋生物面临的主要生态问题之一。进入海洋的废弃水瓶等宏观塑料制品可能会以原来的形态存在几十年；即使它们分解成微小的碎片（称为微塑料），也不会被生物降解，而是成为无法消化的污染物，渗透到海洋中。主要作者Sarah-JeanneRoyer博士手持微塑料样本。图片来源：IyvonneKhoo,CC-BY4.0近年来，人们开发了一些替代品来取代油基塑料，目的是减少在制造塑料制品过程中使用的化石燃料，并在丢弃塑料制品时通过堆肥处理提供更环保的废物产品。最受欢迎的替代品之一是聚乳酸（PLA），这是一种乳酸聚合物，由糖和淀粉发酵而来。聚乳酸在大型堆肥中的高温下会分解成乳酸，但在低温条件下，聚乳酸并不能可靠或快速地分解成乳酸。为了研究聚乳酸在自然海洋环境中的去向，作者将聚乳酸样品、油基材料样品、纤维素基材料样品以及纤维素基材料和油基材料混合样品一起浸没在加利福尼亚州拉霍亚沿岸水域的笼子里。每周对样本进行一次检查，看是否有解体的迹象，并在几小时后将样本放回海洋。并非那么可生物降解-图解摘要。Royer等人，2023年，PLOSONE，CC-BY4.0实验室化学分析证实，基于纤维素的材料降解很快，不到一个月就降解了，纤维素在很大程度上是通过产生二氧化碳的生物过程分解的，而不是简单的机械磨损。相比之下，油基塑料、混合物和聚乳酸在14个月的实验中都没有出现降解迹象。"我们的结果表明，可堆肥性并不意味着环境降解，"Royer说。"将可堆肥塑料称为生物降解塑料是一种误导，因为这可能会让人认为这种材料会在环境中降解。聚乳酸基塑料必须在适当控制的设施中进行堆肥处理，才能发挥其作为油基塑料堆肥替代品的潜力。"作者还补充说："这项工作是为数不多的先驱研究之一，涉及不同材料类型（天然材料、全合成材料和生物基材料）在自然环境条件下和受控封闭系统中的生物降解性之间的可比性。这项研究表明，有必要进行标准化测试，以了解被宣传为可堆肥或可生物降解的材料（如聚乳酸）在自然环境中是否真的会生物降解。在这种情况下，担心超细纤维塑料污染的消费者应该了解情况，掌握相关知识，并注意自己购买的材料"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1372333.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1372333.htm

不会产生微塑料的藻基塑料已通过测试

不会产生微塑料的藻基塑料已通过测试在一项新的研究中，加州大学圣地亚哥分校（UCSanDiego）和材料科学公司Algenesis的研究人员从另一个角度解决了这一问题，他们开发出了一种植物基聚合物，这种聚合物即使被研磨成微塑料，也能在7个月内完成生物降解。加州大学圣迭戈分校化学与生物化学教授、Algenesis公司联合创始人、该研究的作者之一MichaelBurkart说："我们刚刚开始了解微塑料的影响。我们正试图为已经存在的材料找到替代品，并确保这些替代品在使用寿命结束后能够生物降解，而不是在环境中聚集。这并不容易。"生物降解是微生物将聚合物分解成更简单分子的过程。它要求聚合物含有微生物产生的塑料降解酶可以接触到的化学键，并且这些微生物可以消耗聚合物分解释放出的分子。注意：所有塑料都是聚合物，但并非所有聚合物都是塑料。化学与生物化学教授、Algenesis联合创始人兼研究报告作者罗伯特-波默罗伊（RobertPomeroy）说："大约六年前，当我们首次创造出这种藻基聚合物时，我们的初衷一直是希望它能够完全生物降解。我们有大量数据表明，我们的材料正在堆肥中消失，但这是我们第一次在微粒水平上对其进行测量。"多年前，波默罗伊、伯卡尔特和分子生物学教授斯蒂芬-梅菲尔德（StephenMayfield）的一个将藻类转化为燃料的项目演变成了开发高性能生物可降解聚氨酯的探索。鉴于塑料来自石油，而石油来自藻类，研究人员开始直接用藻油制造塑料。由此产生的藻类聚合物被称为TPU-FC1，用于制造世界上第一双可生物降解的鞋子，Pomeroy甚至写了一本关于他的藻基材料的书。在当前的研究中，研究人员使用装有80号砂纸的砂带机来生成包括TPU-FC1在内的各种材料的微塑料。每种材料都使用了不同的砂带机，以防止交叉污染。他们使用不同的方法来检测微生物是否消化了微塑料。首先，在与家庭堆肥相同的条件下，将微塑料放入天然含有微生物的堆肥中。90天后，堆肥样本的检查结果显示，TPU-FC1微颗粒减少了68%，而EVA微颗粒的数量几乎没有变化。200天后，TPU-FC1样品中的微塑料粒子数比开始时总体减少了97%（EVA粒子数没有变化）。石油基（EVA）和植物基（TPU-FC1）微塑料的粒子计数显示，随着时间的推移，EVA几乎没有生物降解，而TPU到200天时已基本消失。图/SC圣地亚哥研究人员使用一组相同的微塑料和堆肥样本来跟踪二氧化碳(CO2)含量，并使用呼吸计进行测量。当微生物分解堆肥时，它们会释放出二氧化碳气体。纯纤维素样品作为内部对照，用于监测背景"二氧化碳演化"，这是堆肥中微生物活性的一种测量方法。纤维素在45天内达到75%的二氧化碳进化量，表明堆肥具有足够的活性。与非生物降解材料的预期结果一样，EVA微颗粒在200天的实验中没有出现二氧化碳进化现象。TPU-FC1微塑料的生物降解效果显著，在200天的时间点上，二氧化碳进化达到76%。因此，呼吸测定法证实了TPU-FC1的生物可降解性，并证明生物降解的结果之一是将微塑料中的碳转化为二氧化碳。由于塑料不溶于水，会漂浮在水面上，很容易被舀出水面，因此研究小组接下来将微塑料加入水中进行测试。每隔90天和200天，几乎100%的EVA微型塑料都被回收，这意味着它们都没有发生生物降解。相比之下，90天后，只有32%的TPU-FC1微颗粒被回收，200天后，只有3%的微颗粒被回收，这表明97%的微颗粒已经生物降解。对藻类塑料进行的化学分析检测到了用于制造塑料的单体，这表明聚合物已被分解为最初的植物材料。进一步分析发现，细菌能够将TPU-FC1用作碳源，并证实它们能够将其分解。该研究的另一位作者斯蒂芬-梅菲尔德（StephenMayfield）说："这种材料是第一种在使用过程中不会产生微塑料的塑料。这不仅仅是针对产品生命周期末端和我们拥挤的垃圾填埋场的可持续解决方案。这实际上是一种不会让我们生病的塑料。"使用传统制造设备制造生物可降解塑料具有挑战性，但Algenesis公司正在取得进展。该公司已与特瑞堡（Trelleborg）合作生产涂层织物，并与犀牛盾（RhinoShield）合作生产手机保护壳。伯卡特说："当我们开始这项工作时，有人告诉我们这是不可能的。现在我们看到了不同的现实。还有很多工作要做，但我们希望给人们带来希望。这是可能的。"这项研究发表在《科学报告》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424661.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424661.htm

机器学习帮助分离可堆肥和传统塑料垃圾

机器学习帮助分离可堆肥和传统塑料垃圾一次性塑料在我们的生活中无处不在，以各种形式出现，如食品容器、咖啡杯和塑料袋。尽管某些塑料被设计成在受控条件下进行生物降解，但它们仍然是有问题的，因为它们往往与传统塑料相似。当这些可堆肥塑料回收不当时，它们会污染塑料废物流，导致回收效率下降。此外，可回收的塑料经常被误认为是可堆肥的，导致堆肥被污染。伦敦大学学院（UCL）的研究人员在《可持续发展前沿》（FrontiersinSustainability）上发表了一篇论文，他们使用机器学习来自动分类不同类型的可堆肥和可生物降解塑料，并将它们与传统塑料区分开来。该研究的通讯作者MarkMiodownik教授评价说："准确度非常高，允许该技术在未来可行地用于工业回收和堆肥设施。"研究人员使用了不同类型的塑料，尺寸在50mm乘50mm和5mm乘5mm之间。传统的塑料样品包括PP和PET，通常用于食品容器和饮料瓶，以及LDPE，除其他外，用于塑料袋和包装。可堆肥塑料样品包括PLA和PBAT，用于杯盖、茶袋和杂志包装；以及棕榈叶和甘蔗，这两种生物质衍生材料用于生产包装。这些样品被分为训练集和测试集，前者用于建立分类模型，后者用于检查准确性。结果显示成功率很高：当样品的尺寸超过10mm乘10mm时，该模型对所有材料都达到了完美的准确性。然而，对于尺寸为10mm乘10mm或更小的甘蔗衍生或棕榈叶基材料，错误分类率分别为20%和40%。在测量5毫米乘5毫米的碎片时，一些材料的识别率比其他材料更可靠：对于LDPE和PBAT碎片，错误分类率为20%；而两种生物质衍生材料的错误识别率为60%（甘蔗）和80%（棕榈叶）。然而，该模型能够无误地识别PLA、PP和PET碎片，而不受样品测量的影响。"目前，大多数可堆肥塑料在传统塑料的回收中被作为污染物处理，降低了它们的价值。应用Trommel和密度分选来筛选堆肥，减少其他材料的存在。然而，目前筛选过程中的污染物水平高得令人无法接受，"Miodownik解释说。"可堆肥包装的优势只有在它们被工业化堆肥，并且不进入环境或污染其他废物流或土壤的情况下才能实现。"为了提高准确性，包括NutchaTeneepanichskul、HelenHailes教授和UCL塑料废物创新中心的Miodownik在内的科学家团队测试了不同类型的传统塑料、可堆肥塑料和可生物降解塑料，使用高光谱成像（HSI）进行分类模型开发。HSI是一种成像技术，在扫描不同材料的同时检测其不可见的化学特征，产生一个逐像素的样品化学描述。人工智能模型被用来解释这些描述并进行材料识别。回收和工业堆肥过程中的塑料管理不善，使得可靠的分拣机制至关重要。Miodownik指出："问题在于目前识别的速度太低，无法在工业规模上实施。然而我们可以并将改进它，因为自动分拣是使可堆肥塑料成为回收的可持续替代品的关键技术"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1350745.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1350745.htm

突破性的植物聚合物有望打破微塑料循环

突破性的植物聚合物有望打破微塑料循环微塑料是从日常塑料制品中脱落的微小、几乎不可破坏的碎片。随着我们对微塑料的了解越来越多，情况也越来越糟。我们已经在海洋和土壤中发现了大量的微塑料，现在我们又在最不可能的地方发现了它们：我们的动脉、肺部甚至胎盘。微塑料需要100到1000年的时间才能分解，与此同时，我们的地球和身体每天都在受到这些材料的污染。寻找传统石油基塑料和微塑料的可行替代品从未像现在这样重要。加州大学圣迭戈分校的科学家和材料科学公司Algenesis的最新研究表明，他们研制的植物基聚合物能在七个月内完成生物降解，即使是微塑料级别的生物降解。这篇论文发表在《科学报告》杂志上，其作者都是加州大学圣地亚哥分校的教授、校友或前研究科学家。"我们刚刚开始了解微塑料的影响。我们对环境和健康影响的了解还只是皮毛，"论文作者之一、Algenesis公司联合创始人、化学与生物化学教授MichaelBurkart说。"我们正试图为已经存在的材料寻找替代品，并确保这些替代品在使用寿命结束后能够生物降解，而不是在环境中聚集，这并不容易。"论文的另一位作者罗伯特-波默罗伊（RobertPomeroy）说："大约六年前，当我们首次创造出这种藻基聚合物时，我们的初衷一直是希望它能够完全生物降解，我们有大量数据表明，我们的材料正在堆肥中消失，但这是我们第一次在微粒水平上对其进行测量。他同时也是化学与生物化学教授和Algenesis公司的共同创始人。为了测试其生物降解性，研究小组将其产品研磨成细微颗粒，并使用三种不同的测量工具来确认，当将其放入堆肥中时，这种材料正在被微生物消化。第一个工具是呼吸计。当微生物分解堆肥材料时，它们会释放二氧化碳（CO2），呼吸计会对其进行测量。这些结果与纤维素的分解进行了比较，纤维素被认为是100%生物降解性的行业标准。植物基聚合物的生物降解率几乎达到了纤维素的100%。石油基（EVA）和植物基（TPU-FC1）微塑料的颗粒计数显示，随着时间的推移，EVA几乎没有生物降解，而TPU在第200天时已基本消失。资料来源：Algenesis公司接下来，研究小组使用了水漂浮法。由于塑料不溶于水且会漂浮，因此很容易从水面上舀起。每隔90天和200天，几乎100%的石油基微塑料都被回收，这意味着它们都没有发生生物降解。另一方面，90天后，只有32%的藻类微塑料被回收，这表明超过三分之二的藻类微塑料已经生物降解。200天后，只有3%的微塑料被回收，表明97%的微塑料已经消失。最后一项测量是通过气相色谱/质谱仪（GCMS）进行化学分析，检测到了用于制造塑料的单体的存在，表明聚合物正在被分解成最初的植物材料。扫描电子显微镜进一步显示了微生物如何在堆肥过程中定植于可生物降解的微塑料中。论文共同作者、生物科学学院教授兼Algenesis公司联合创始人斯蒂芬-梅菲尔德（StephenMayfield）说："这种材料是第一种在使用过程中不会产生微塑料的塑料。这不仅仅是针对产品生命周期末端和拥挤的垃圾填埋场的可持续解决方案。这实际上是一种不会让我们生病的塑料。"在通往可行性的漫长道路上，创造石油基塑料的环保型替代品只是其中的一部分。目前的挑战是如何将这种新材料用于原本为传统塑料制造的现有生产设备上，而Algenesis公司在这方面正在取得进展。他们已与多家公司合作，生产使用加州大学圣地亚哥分校开发的植物基聚合物的产品，包括用于涂层织物的特瑞堡公司和用于生产手机壳的犀牛盾公司。Burkart表示："当我们开始这项工作时，有人告诉我们这是不可能的。现在我们看到了不同的现实。还有很多工作要做，但我们希望给人们带来希望。这是可能的。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426086.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426086.htm