1869年，美國人J.W.海厄特發(fā)現在硝酸纖維素中加入樟腦和少量酒精可制成一種可塑性物質，熱壓下可成型為塑料制品，命名為賽璐珞。從此算起，塑料工業(yè)迄今已有120年的歷史。 塑料給人類的生活帶來了許多好處，它們廉價、輕便、多用，已經成為現代生產生活無處不在的主要材料。并且這些需求還在不斷增長，艾倫·麥克阿瑟基金會“新塑料經濟倡議”負責人羅伯·奧普索默此前在接受媒體采訪時表示，對塑料的需求到2030年可能還要翻一番。
但在享受塑料給日常生活帶來的便利的同時，塑料垃圾帶來的環(huán)境問題也備受關注。多數塑料都被填埋或進入海洋環(huán)境，而進入環(huán)境的塑料廢棄物卻給野生動植物和生態(tài)系統(tǒng)帶來了傷害。
如何處理這些塑料垃圾，已經成為全球各國共同關心的重點問題之一。
生物降解成熱點
中國科學院昆明植物研究所許建初團隊近日宣布，在塑料生物降解領域取得重大突破——發(fā)現了塔賓曲霉菌對聚氨基甲酸酯的生物降解作用。這項研究成果以《塔賓曲霉菌(Aspergillustubingensis)對聚氨基甲酸酯的生物降解》為題，發(fā)表在國際主流環(huán)境污染(Environmental Pollution)雜志上。
在接受《中國科學報》記者采訪時，許建初表示，之所以會選擇這個研究課題，正是看到了工業(yè)合成塑料的生產與使用已經對環(huán)境產生嚴重的危害。他介紹說，聚氨基甲酸酯(PU)是一種新興的有機高分子材料，也是現代塑料工業(yè)中發(fā)展最快的品種之一，廣泛用于工業(yè)、醫(yī)療、建筑和汽車等領域，被譽為“第五大塑料”。我們日常生活中常見的泡沫塑料、海綿和汽車墊子等，都是PU制成。
“全球聚氨基甲酸酯(PU)年產量估計約為800萬噸(Mt)，并且逐年增加。這些不可降解的聚氨基甲酸酯垃圾導致了土壤和水體的污染，并最終進入海洋生態(tài)系統(tǒng)。而傳統(tǒng)的填埋和焚燒法占用大量土地資源，影響土質結構及大氣環(huán)境，極易造成二次生態(tài)污染。”
科學家們想盡各種辦法研究對聚氨酯材料的化學降解，目前聚氨酯材料的化學降解主要包括水解、熱降解、光降解等，但這類降解成本高且易產生二次污染。
為了解決“白色污染”問題，使人類社會和自然環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，使用生物方法降解塑料成為當今的研究熱點。
吃塑料的塔賓曲霉菌
在此之前，2016年，日本京都科技大學(Kyoto Institute of Technology)小田耕平(KoheiOda)課題組就曾報道發(fā)現了一種相當有潛質的處理塑料的微生物，將其命名為Ideonellasakaiensis，該成果發(fā)表在《科學》雜志上。
無論是之前小田耕平的研究，還是此次許建初團隊的研究，基本策略大致相似：從塑料垃圾密集的地方著手，發(fā)現那些以此為食的“小家伙”。
從位于巴基斯坦伊斯蘭堡垃圾堆集地區(qū)采集到干凈的土壤樣品后，將其放入滅菌盆中，與高純度聚氨酯(PU)薄膜混合在一起，進而發(fā)現了能夠降解PU的塔賓曲霉菌。
許建初解釋說，塔賓曲霉菌可以在聚氨酯表面生長，并通過生長過程中產生的酶和塑料發(fā)生生物反應，破壞塑料分子間或聚合物間的化學鍵;同時，這一真菌還利用了其菌絲的物理強度，幫助“掰開”塑料聚合物。在塔賓曲霉菌作用下，原本在自然環(huán)境中難以降解的塑料，兩周就可以明顯看到生物降解過程，兩個月后其培養(yǎng)基上的塑料聚合物基本消失。
與之前小田耕平團隊的研究相比，二者都是關于微生物生物降解有機塑料聚合物的研究，并且降解效率類似。
但同時也存在以下三點不同：首先塔賓曲霉菌是真菌，而Ideonellasakaiensis是細菌;其次所降解的塑料材料不同，許建初團隊研究降解的是聚氨酯(PU)，而小田耕平團隊是聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET);第三，Ideonellasakaiensis是首次發(fā)現的新種，由研究團隊自己命名，而塔賓曲霉菌并不是首次發(fā)現及命名，卻是首次發(fā)現其有降解塑料的能力。
或成治污利器
談及目前塑料垃圾處理的兩個主要方向，許建初告訴《中國科學報》記者：一是發(fā)現具備降解塑料垃圾能力的關鍵微生物和關鍵酶，并推廣至大規(guī)模生產;另一個是可生物降解的塑料的研發(fā)，主要通過聚合淀粉、二氧化碳等可降解小分子來生產塑料制品。
“而其中真菌分解具備自己的獨特優(yōu)勢。相比較其他傳統(tǒng)處理方式，真菌分解能夠完全將聚合物降解成小分子，占地少，不會形成二次污染。并且其生產的小分子物質可被其他生物體重新吸收利用。”
從已經發(fā)表的論文簡介中看，研究成果已經在飽受白色污染困擾的巴基斯坦首都伊斯蘭堡展開了具體實踐性的試驗。許建初告訴記者，以目前的研究來看，塔賓曲霉菌具有廣闊的應用前景，“它屬于可培養(yǎng)真菌，培養(yǎng)條件并不苛刻。并且降解速率較快且效果明顯，適用于以后大規(guī)模生產。目前尚處于實驗室小批量培養(yǎng)階段，一旦了解清楚其中的機制機理，便可適用于大批量試驗”。
在真正成為“治污利器”之前，許建初認為，還需要解決以下四個主要問題：真菌的大批量生產、塑料垃圾的分類和前處理、真菌培養(yǎng)條件的建立以及對其中關鍵酶和機制的了解。
許建初強調說：“真菌降解的塑料有其特異性，另外對塑料的成分結構可能也有特定的要求。此外，真菌降解塑料的能力受環(huán)境因子如溫度、酸堿度等的影響;并且在自然環(huán)境中，該過程可能受到其他微生物的抑制。”
資料來源：科學網 . 中塑在線
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