創(chuàng)新課降解塑料的研究第一篇：塑料的發(fā)明極大地便利了我們的日常生活。但是，大規(guī)模塑料垃圾的產(chǎn)生以及不當(dāng)?shù)乃芰咸幚矸绞?，使塑料垃圾（也就是白色污染）成為?dāng)下最嚴(yán)峻的環(huán)境問題之一。塑料垃圾問題之所以難以解決，主要是石油基塑料在自然界中需要上百年才能降解，這給土壤和環(huán)境造成了污染。要想從源頭解決“白色污染”，應(yīng)該用可降解塑料，如用聚乳酸（PLA）代替石油基塑料。為了加快可降解塑料的降解速度，我國(guó)科學(xué)家發(fā)明了一種“活”塑料，通過對(duì)微生物進(jìn)行基因編輯，使其產(chǎn)生具備耐受極端環(huán)境能力的芽孢，在特定條件下分泌塑料降解酶，并通過塑料加工方法將芽孢包埋在塑料基質(zhì)中。在日常環(huán)境中，芽孢保持休眠狀態(tài)，塑料保持穩(wěn)定的使用性能，只有在特定條件下（如表面侵蝕、堆肥），塑料中的芽孢才會(huì)被激活并啟動(dòng)降解程序，完成塑料的完全降解。不可降解塑料塑料是一種人工合成的高分子材料，它的歷史可追溯到19世紀(jì)末。到了20世紀(jì)中期，隨著石油化工工業(yè)的發(fā)展，塑料的生產(chǎn)成本大幅降低，塑料的應(yīng)用范圍也進(jìn)一步擴(kuò)大，成為現(xiàn)代社會(huì)不可或缺的一部分。然而，塑料的廣泛應(yīng)用也帶來了很多環(huán)境問題，隨處可見的“白色污染”已經(jīng)嚴(yán)重威脅到地球和人類的生存與發(fā)展。石油基塑料需長(zhǎng)達(dá)幾百年才能降解，相較人類的時(shí)間跨度來說，基本可以定義為“不可降解塑料”。為什么塑料降解如此艱難？因?yàn)樗芰鲜亲罱话俣嗄瓴懦霈F(xiàn)的高分子聚合物。一百年的時(shí)間對(duì)人類來說可能夠長(zhǎng)，但對(duì)大自然而言就是彈指一瞬，在這么短的時(shí)間內(nèi)，還不足夠進(jìn)化出能快速降解這些塑料的微生物。據(jù)統(tǒng)計(jì)，傳統(tǒng)的石油基塑料，例如聚丙烯（PP）、高密度聚乙烯（HDPE）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET），降解時(shí)間都在百年以上?？山到馑芰想S著塑料垃圾問題日益嚴(yán)重，人類也意識(shí)到解決“白色污染”的緊迫性，開始尋找石油基塑料的代替品。我國(guó)出臺(tái)了從“限塑令”到“禁塑令”的許多政策，限制使用不可降解塑料，在這樣的背景下，可降解塑料受到越來越多的關(guān)注。有一類生物來源的高分子聚合物，自然界中存在能夠快速降解它們的微生物和酶，可以在不到一年的時(shí)間內(nèi)自然降解這些聚合物，它們被稱為“可降解塑料”，如聚乳酸（PLA）、聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、聚羥基脂肪酸（PHA）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚碳酸酯（PCL）等。目前，使用可降解塑料代替石油基塑料，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)，例如超市有償提供的可降解塑料袋、餐飲行業(yè)的可降解塑料吸管，以及醫(yī)院做手術(shù)用的可降解手術(shù)縫線（不需要拆線）等。芽孢：提高降解速度要想提高可降解塑料的降解速度，就要增加降解酶的數(shù)量。將降解酶放到塑料中，在塑料被廢棄的時(shí)候自動(dòng)釋放出降解酶，提高降解速度。不過，如何把降解酶保存到塑料中，并保證平時(shí)使用時(shí)不降解，廢棄時(shí)才啟動(dòng)降解呢？科研工作者們想到了細(xì)菌的一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)——芽孢。自然界通過億萬(wàn)年的演化，使諸多微生物進(jìn)化出了抵抗惡劣環(huán)境條件的能力。當(dāng)不再適合生物生存和繁殖的極端環(huán)境到來時(shí)，細(xì)菌就會(huì)轉(zhuǎn)變成芽孢的形式，這種轉(zhuǎn)變可以讓細(xì)菌獲得超強(qiáng)的抵御能力。芽孢可以忍受極端的干燥、溫度和壓力，而這些極端環(huán)境恰好存在于塑料加工的環(huán)境中。因此，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院戴卓君團(tuán)隊(duì)提出，通過合成生物學(xué)方法改造枯草芽孢桿菌，將可控分泌塑料降解酶（洋蔥霍爾德菌脂肪酶，LipaseBC）的基因線路導(dǎo)入枯草芽孢桿菌，并在二價(jià)錳離子的環(huán)境中，迫使枯草芽孢桿菌“休眠”，形成芽孢形態(tài)。產(chǎn)生的芽孢同樣帶有編輯的基因線路，并且相比于細(xì)菌還具備了針對(duì)高溫、高壓、有機(jī)溶劑和干燥的耐受性。研究團(tuán)隊(duì)通過將基因工程改造的芽孢溶液與聚碳酸酯（PCL）塑料母粒直接混合，通過高溫熔融擠出或者有機(jī)溶劑方法制備了一系列含有芽孢的塑料。在物理性能方面的各項(xiàng)測(cè)試中，“活”塑料與普通塑料（PCL）在屈服強(qiáng)度、應(yīng)力極限、最大形變量和熔點(diǎn)等參數(shù)上均沒有顯著區(qū)別。在不需要任何其他外源制劑的加入下，土壤環(huán)境中，“活”塑料能夠在25天-30天內(nèi)被完全降解，而傳統(tǒng)可降解塑料（PCL）則需要55天左右才能被降解至肉眼不可見。為了驗(yàn)證系統(tǒng)的普適性，研究人員繼續(xù)嘗試了其他的塑料體系，將芽孢與聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚己二酸/對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、聚乳酸（PLA）、聚羥基脂肪酸（PHA）以及聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）等聚合材料進(jìn)行混合加工，制備了相應(yīng)的“活”塑料。研究人員還將“活”塑料置于常見的碳酸飲料環(huán)境中浸泡2個(gè)月，在沒有外界作用的情況下，“活”塑料能夠保持穩(wěn)定的外形，說明活體塑料能夠像傳統(tǒng)塑料一樣正常使用，只有在它們被破壞或被廢棄時(shí)，才會(huì)啟動(dòng)降解程序。這項(xiàng)研究為新型可生物降解塑料的開發(fā)提供了新的視角和方法，有望助力解決當(dāng)下的塑料污染困境。結(jié)語(yǔ)“活”塑料的發(fā)明為解決塑料垃圾（白色污染）這一全球性難題提供了新的思路和解決方案。通過生物工程技術(shù)，科學(xué)家們成功地將微生物的自然進(jìn)化優(yōu)勢(shì)與現(xiàn)代材料科學(xué)相結(jié)合，創(chuàng)造出一種能夠在特定條件下自主降解的塑料。這一創(chuàng)新成果不僅在理論上展示了可持續(xù)發(fā)展的可能性，也在實(shí)踐中為減少塑料垃圾的環(huán)境影響帶來了切實(shí)的希望。然而，“活”塑料的推廣和應(yīng)用仍需克服諸多挑戰(zhàn)，包括生產(chǎn)成本、技術(shù)成熟度以及大規(guī)模應(yīng)用的社會(huì)接受度等問題。只有在科技進(jìn)步與政策引導(dǎo)的雙重推動(dòng)下，這一新型材料才能真正走向市場(chǎng)，成為應(yīng)對(duì)“白色污染”的利器。未來，我們期待更多這方面的科技創(chuàng)新，從源頭上減少塑料污染，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共生。讓我們共同努力，為保護(hù)地球環(huán)境貢獻(xiàn)力量。第二篇：曾幾何時(shí)，塑料以其獨(dú)特的魅力悄然闖入我們的生活，帶來了前所未有的便捷體驗(yàn)。從輕盈的塑料袋到堅(jiān)固耐用的塑料容器，從精密復(fù)雜的塑料零件到色彩斑斕的塑料玩具，塑料制品已成為我們?nèi)粘Ｉ钪械牟豢苫蛉钡囊徊糠?。然而，隨著塑料使用量的激增，我們也逐漸意識(shí)到了其帶來的嚴(yán)重環(huán)境問題，一場(chǎng)關(guān)于地球生態(tài)的“白色污染”危機(jī)正悄然展開。如今，塑料降解問題已然成為人類面臨的一項(xiàng)緊迫任務(wù)，猶如懸在頭頂?shù)倪_(dá)摩克利斯之劍，時(shí)刻警醒著我們尋找有效的解決方案。那么，究竟存在哪些塑料降解的方法？其背后的環(huán)保意義又究竟何在？一、塑料降解的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)塑料，這一由合成樹脂及多種添加劑制成的高分子化合物，憑借其耐腐蝕、防水、輕便等特性，在現(xiàn)代社會(huì)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，這些優(yōu)勢(shì)同樣帶來了一個(gè)問題：塑料在自然環(huán)境中難以降解。普通的塑料垃圾，例如塑料袋和塑料瓶，在自然條件下分解可能需要數(shù)百年甚至更久。它們?cè)谕寥?、河流和海洋中持久存在，不僅破壞了這些環(huán)境的自然美景，更對(duì)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。在土壤中，塑料垃圾會(huì)阻礙植物根系的生長(zhǎng)，損害土壤的透氣性和肥力；而在河流和海洋中，這些垃圾可能纏繞水生生物，導(dǎo)致其受傷甚至死亡。更令人擔(dān)憂的是，塑料在分解過程中會(huì)形成微小的顆粒，即“微塑料”。這些微塑料可能被水生生物誤食，進(jìn)而進(jìn)入食物鏈，最終可能對(duì)人類的健康造成潛在危害。二、當(dāng)前塑料降解的方法面對(duì)塑料降解的難題，科學(xué)家們一直在探索各種解決方案。目前，常見的塑料降解方法主要包括物理降解、化學(xué)降解和生物降解。物理降解主要依賴于高溫、高壓等物理手段，促使塑料分子鏈斷裂，從而降低其分子量；化學(xué)降解則是通過添加化學(xué)物質(zhì)，使塑料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而降解；而生物降解則利用微生物的作用，將塑料轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)。然而，這些方法都存在一定的局限性，如成本高昂、處理周期長(zhǎng)或可能產(chǎn)生二次污染等問題，因此仍需進(jìn)一步的研究和改進(jìn)。生物降解法生物降解法因其環(huán)保特性而備受矚目，被視為最具潛力的塑料降解途徑。此法依托微生物的力量，將塑料徹底分解為水、二氧化碳及生物質(zhì)等無害成分。具體而言，某些細(xì)菌和真菌能分泌專有酶類，這些酶能有效切割塑料的高分子鏈，使之降解為小分子，進(jìn)而被微生物所利用。目前，科研團(tuán)隊(duì)已發(fā)現(xiàn)眾多能降解塑料的微生物菌種，并深入實(shí)驗(yàn)室環(huán)境進(jìn)行改良與優(yōu)化。盡管如此，生物降解法仍面臨一些挑戰(zhàn)，諸如降解速率較慢以及嚴(yán)格的環(huán)境需求等。光降解法光降解法是通過紫外線等光源的照射，使塑料分子鏈發(fā)生斷裂，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)塑料的降解。此法操作簡(jiǎn)便、成本低廉，然而其降解效果易受光照強(qiáng)度、波長(zhǎng)等環(huán)境因素的影響，且降解后的塑料碎片仍會(huì)留在環(huán)境中，需進(jìn)一步處理。熱降解法熱降解法是一種通過高溫環(huán)境促使塑料分子鏈發(fā)生熱分解的過程，以此轉(zhuǎn)化為低分子量物質(zhì)的方法。此法降解速度相對(duì)較快，然而，它需要大量的能源投入，并且在實(shí)施過程中會(huì)釋放出一些有害氣體和污染物，對(duì)環(huán)境造成潛在的二次污染。4.化學(xué)降解法化學(xué)降解法涉及向塑料中添加諸如酸、堿或氧化劑等化學(xué)試劑，以觸發(fā)塑料分子鏈的化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降解。此法的優(yōu)勢(shì)在于其降解效果相對(duì)顯著，然而，使用化學(xué)試劑無疑會(huì)增加成本，并且存在對(duì)環(huán)境造成潛在污染的風(fēng)險(xiǎn)。三、塑料降解的創(chuàng)新探索除了傳統(tǒng)的降解方法，科研人員一直在尋求新的塑料降解技術(shù)。例如，印度科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種新穎的環(huán)保降解方法。他們將塑料置于含有葡萄糖和金屬離子的70攝氏度溶液中，通過連續(xù)攪拌數(shù)天，塑料便能被有效降解為分子狀態(tài)。此方法不僅操作簡(jiǎn)便，而且對(duì)環(huán)境友好，顯示出廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)，江南大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)也取得了重要進(jìn)展。他們?cè)O(shè)計(jì)并開發(fā)了一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“菌—酶”協(xié)同系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)廢棄聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）的完全降解。通過引入特異性微生物并構(gòu)建新型“菌—酶”協(xié)同體系，該系統(tǒng)不僅可實(shí)現(xiàn)廢棄塑料的完全降解與再利用，還能有效杜絕微塑料、微顆粒的產(chǎn)生。這一創(chuàng)新技術(shù)為解決塑料污染問題提供了新的思路和有效途徑。四、塑料降解的環(huán)保價(jià)值塑料降解不僅關(guān)乎資源節(jié)約與循環(huán)利用，更承載著深遠(yuǎn)的環(huán)保意義。通過創(chuàng)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)塑料的有效降解，我們能夠減少塑料廢棄物對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，從而保護(hù)地球生態(tài)系統(tǒng)的平衡。這一環(huán)保行動(dòng)不僅關(guān)乎人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，也是我們對(duì)子孫后代負(fù)責(zé)任的體現(xiàn)。維護(hù)生態(tài)平衡塑料降解對(duì)于保護(hù)生態(tài)環(huán)境至關(guān)重要。它能夠減少塑料廢棄物對(duì)土壤、河流和海洋等生態(tài)系統(tǒng)的污染，進(jìn)而守護(hù)生物多樣性。在海洋中，眾多塑料垃圾嚴(yán)重威脅著海洋生物的生存與繁衍，同時(shí)破壞著海洋生態(tài)的穩(wěn)定。通過促進(jìn)塑料的有效降解，我們能夠清除海洋中的這些垃圾，為海洋生物提供一個(gè)更加健康的生存環(huán)境。2.促進(jìn)資源節(jié)約塑料降解不僅有助于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，還能實(shí)現(xiàn)資源的有效循環(huán)利用。廢棄的塑料經(jīng)過降解處理，可以轉(zhuǎn)化為如生物質(zhì)、燃料等寶貴的資源。比如，通過生物降解技術(shù)，我們可以將塑料垃圾轉(zhuǎn)化為對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有益的有機(jī)肥料；而熱降解法則能將廢棄塑料轉(zhuǎn)化為發(fā)電所需的燃料。這些轉(zhuǎn)化過程不僅減少了資源的浪費(fèi)，還為人類的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)了一份力量。3.減輕溫室效應(yīng)塑料降解能夠縮短塑料垃圾在自然環(huán)境中的滯留時(shí)間，進(jìn)而減少溫室氣體的排放。塑料垃圾在自然環(huán)境中會(huì)逐漸分解成甲烷等溫室氣體，這些氣體的釋放會(huì)加劇全球氣候變暖。通過促進(jìn)塑料的降解，我們可以有效地減少這些溫室氣體的排放，為緩解全球氣候變暖作出貢獻(xiàn)。綜上所述，塑料降解不僅是一項(xiàng)緊迫的任務(wù)，更是關(guān)乎人類未來生存與發(fā)展的重要課題。我們必須持續(xù)推動(dòng)塑料降解技術(shù)的創(chuàng)新與進(jìn)步，提升降解效率與環(huán)保性能，同時(shí)加強(qiáng)塑料垃圾的管理與回收利用，以降低塑料垃圾的產(chǎn)生。唯有如此，我們才能擺脫“白色污染”的困擾，守護(hù)我們共同的地球家園。第三篇：全球聚乙烯（PE）年產(chǎn)量達(dá)8300萬(wàn)噸，其廢塑料嚴(yán)重威脅環(huán)境。一項(xiàng)研究帶來突破，利用BiOI/BiVO4p-n異質(zhì)結(jié)材料，在可見光照射下光催化氧化PE。該方法在溫和條件下，碳產(chǎn)率高達(dá)83%，優(yōu)化后長(zhǎng)鏈二元酸（C10-C30）產(chǎn)率能提升至75%。研究解析出反應(yīng)機(jī)制，且對(duì)各類商業(yè)PE效率顯著，為PE廢物高效循環(huán)利用提供了極具前景的方案。一、光催化降解：塑料回收的“綠色新寵”隨著塑料廢物量持續(xù)攀升，傳統(tǒng)塑料回收方法弊端盡顯。機(jī)械回收雖操作簡(jiǎn)單，將廢舊塑料分類、粉碎成顆粒后重新利用，但受熱易致聚合物斷鏈或交聯(lián)，降低塑料質(zhì)量。熱解作為另一種化學(xué)轉(zhuǎn)化方式，雖能將聚合物變?yōu)閱尉垠w或小分子，卻需在惰性氣氛中高溫（＞400℃）處理，能耗巨大。傳統(tǒng)的填埋和焚燒方式更是效率低下，易造成二次污染。光催化降解技術(shù)則截然不同，它利用可再生的太陽(yáng)能作為能源，在相對(duì)溫和的操作條件下進(jìn)行塑料降解。光催化過程中，光生空穴可直接氧化塑料，光生電子和空穴與O?或H?O反應(yīng)生成的羥基自由基（?OH）和超氧自由基（?O??）等活性物種，也能有效降解塑料及塑料衍生化學(xué)品，具有能耗低、環(huán)境友好等顯著優(yōu)勢(shì)，為塑料污染治理開辟了新路徑。二、聚乙烯（PE）的光催化“蛻變”聚乙烯在塑料制品、包裝材料、建筑材料等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但其穩(wěn)定性和耐久性導(dǎo)致在環(huán)境中降解緩慢。為解決這一問題，研究人員探索出利用BiOI/BiVO?p-n異質(zhì)結(jié)材料光催化氧化聚乙烯的方法。在可見光照射下，該方法能在溫和條件下將聚乙烯轉(zhuǎn)化為價(jià)值較高的脂肪族二元酸（C4-C30），碳產(chǎn)率高達(dá)83%。通過優(yōu)化異質(zhì)結(jié)組成及反應(yīng)條件，長(zhǎng)鏈二元酸（C10-C30）產(chǎn)率可提升至75%。研究還表明，反應(yīng)溫度、時(shí)間、空氣壓力以及催化劑多次循環(huán)使用后的穩(wěn)定性，均對(duì)光催化氧化PE產(chǎn)生影響。經(jīng)多種技術(shù)手段解析，超氧自由基（?O??）負(fù)責(zé)激活PE主鏈中的C-H鍵，羥基自由基（?OH）切斷C=C鍵，且該光催化升級(jí)過程對(duì)各種商業(yè)PE都表現(xiàn)出顯著效率，為PE廢物的高效循環(huán)利用提供了極具前景的方案。三、其他塑料的光催化降解探索聚苯乙烯（PS）的轉(zhuǎn)化之路聚苯乙烯常用于制作一次性容器，因其質(zhì)量小、殘余價(jià)值低，回收難度大?？的螤柎髮W(xué)研究團(tuán)隊(duì)利用催化劑控制的光氧化降解方法，將聚苯乙烯與三氯化鐵混合于丙酮中，在空氣流和寬譜LED光源照射下，成功將聚苯乙烯降解為寡聚體和小分子產(chǎn)物，如苯甲酸、苯甲醛等。在白光照射下，F(xiàn)eCl?均裂產(chǎn)生氯自由基，解離聚苯乙烯主鏈上的氫原子，在富氧環(huán)境中使高分子量聚苯乙烯分子量大幅降低，并生成苯甲酰產(chǎn)品，為聚苯乙烯的化學(xué)升級(jí)改造提供了有效途徑。聚氯