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复合塑料容易被细菌降解具有环境效益

开心的月饼 2024-09-06 14:08:55 生活常识

数十亿吨的塑料垃圾充斥着我们的世界。它们大部分堆积在地面和海洋中,或分解成微小颗粒(称为微塑料),污染空气和水源,渗入植物和人类及其他动物的血液。

复合塑料容易被细菌降解具有环境效益

塑料造成的危害范围逐年扩大,因为它们是由不易生物降解的大量分子(称为聚合物)制成的。目前,可生物降解塑料占塑料总产量的不到五分之一,而且分解它们所需的过程相对繁琐。

在发表于ACSNano的一项研究中,魏茨曼科学研究所分子化学和材料科学系的AngelicaNiazov-Elkan博士、HaimWeissman博士和BorisRybtchinski教授创造了一种可利用细菌轻松降解的新型复合塑料。

这种新材料由可生物降解的聚合物与生物物质晶体结合而成,具有三大优点:价格低廉、易于制备且非常坚固。参与这项研究的还有已故的EyalShimoni博士、XiaoMengSui博士、YishayFeldman博士和H.DanielWagner教授。

目前,许多行业都在积极采用复合塑料。这种塑料由两种或两种以上的纯材料组合而成,具有轻质、强度高等优点。这些塑料现在用于制造从飞机、汽车到自行车等各种工业产品的关键部件。

为了创造一种既能满足工业需求又对环境友好的复合塑料,魏茨曼的研究人员决定专注于研究性能可改善的常见、廉价的源材料。

他们发现酪氨酸分子(一种普遍存在的氨基酸,可形成极强的纳米晶体)可以用作可生物降解复合塑料中的有效成分。

在研究了酪氨酸如何与几种聚合物结合之后,他们选择了羟乙基纤维素,一种纤维素衍生物,广泛用于药品和化妆品的制造。

羟乙基纤维素本身是一种易分解的软弱材料。为了将其与酪氨酸混合,将两种材料在沸水中混合。当它们冷却并干燥时,形成了一种非常坚固的复合塑料,由纤维状酪氨酸纳米晶体制成,这些晶体生长到羟乙基纤维素中并与之结合。

在一项揭示新塑料强度的实验中,0.04毫米厚的这种材料条可承受6公斤的负载。此外,该团队还发现这种新材料还有其他一些独特的特性,使其在工业上更有用。

通常,当材料被强化时,它会失去可塑性。然而,这种新型复合塑料除了非常坚固之外,还比其核心成分羟乙基纤维素更具延展性(可塑性)。换句话说,将这两种材料结合在一起产生了一种协同效应,这种协同效应表现为非凡性能的出现,因此具有巨大的工业潜力。

由于纤维素和酪氨酸(其晶体存在于各种硬质奶酪中)都是可食用的,因此这种可生物降解的复合塑料实际上可以食用。它是否也好吃呢?我们还要拭目以待:由于实验室的生产过程对于食品来说不够卫生,研究人员还没有尝到一口。

Rybtchinski表示:“我们已经开始的后续研究可能会提升这种新材料的商业潜力,因为我们用工业上更常见的熔化方法取代了水中的沸腾。这意味着我们加热可生物降解的聚合物直到它们变成液体,然后再混入酪氨酸或其他合适的材料。

“如果我们能够克服这一过程中涉及的科学和技术挑战,我们将能够探索在工业规模上生产这种新型复合塑料的可能性。”


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