在美國，盡管有分類和回收工作，但只有不到9%的塑料得到回收，大多數(shù)塑料最終都流入填埋場或環(huán)境中。
可生物降解塑料袋和容器可以提供幫助，但如果分類不當，則會污染原本可以回收的塑料。
更糟糕的是，大多數(shù)可生物降解的塑料需要幾個月時間才能分解。
當最終分解時，它們會變成微塑料。這些微小的塑料碎片，最終可能積存在海洋和動物體內，包括我們自己的身體中。
如今，正如4月21日《自然》雜志上報道的那樣，美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室和加州大學伯克利分校的科學家們設計了一種酶活化的可堆肥塑料，可以減少微塑料的污染，并且在塑料的再利用上具有廣闊的前景。這種材料可以被分解成單體小分子，然后重新制成新的可堆肥塑料產品。
“在野外，酶是自然界用來分解動植物的活性物質――即使我們死了，酶也會使人體自然分解。因此，在這項研究中我們問自己，酶如何降解塑料使之成為自然的一部分？”該研究資深作者、伯克利實驗室材料科學分部高級科學家、加州大學伯克利分校材料科學與工程系和化學系教授徐婷表示。
在伯克利實驗室工作的徐婷致力于研發(fā)功能性聚合物材料已有近15年。
徐婷的研發(fā)團隊由全國各地大學和國家實驗室的科學家和工程師組成。他們研究的一個重點是解決一次性塑料和所謂的可生物降解塑料造成的塑料填埋問題。
當今使用的大多數(shù)可生物降解塑料通常由聚乳酸制成，聚乳酸是一種與玉米淀粉混合的植物基塑料材料。還有聚己內酯，一種廣泛用于生物醫(yī)學領域的可生物降解聚酯。
但是，傳統(tǒng)的可生物降解塑料的問題在于它們與一次性塑料（例如塑料薄膜）無法區(qū)分。
因此這些材料中的很大一部分最終會被填埋。
研究共同作者、伯克利實驗室能源技術領域科學家科林?斯考恩說，即使一個可生物降解的塑料容器在有機廢物處理設施中分解，它的分解速度也不會像它曾經盛放的午餐沙拉那樣快，因此最終會污染有機廢物。
可生物降解塑料的另一個問題是它們不像普通塑料那樣堅固――人們無法用標準的綠色堆肥袋搬運重物。折衷方案是可生物降解塑料會隨著時間的流逝而分解――但是，徐婷說，它們仍然分解為微塑料，一種尺寸要小得多的塑料。
因此，徐婷和她的團隊決定采用另一種方法，即把酶“納米限制”到塑料中。
由于酶是生命系統(tǒng)的一部分，因此訣竅是在塑料中劃出一個安全的位置，使酶處于休眠狀態(tài)，直到它們被激活。
在一系列實驗中，徐婷和她的合作者在塑料材料中嵌入了微量的脂肪酶和蛋白酶K。科學家還添加了一種被稱為四單體無規(guī)雜聚物或RHP的酶保護劑，以幫助將酶分散成幾納米（十億分之一米）。
令人驚訝的結果是，科學家發(fā)現(xiàn)，普通的家用自來水或標準土壤堆肥就可將嵌入酶的塑料材料轉化成單體小分子結構單元，并在短短幾天或幾周內將微塑料消化。
他們還了解到，BC-脂肪酶是一種挑剔的食者。
在脂肪酶將聚合物鏈轉化為單體之前，它必須首先捕獲聚合物鏈的末端。通過控制脂肪酶發(fā)現(xiàn)鏈端，可以確保材料在被熱水或堆肥土壤觸發(fā)之前不會被降解。
此外，科研人員還發(fā)現(xiàn)，這種策略僅在BC-脂肪酶被納米分散時才有效，而不是隨機地加入并混合。徐婷說：“納米分散使每個酶分子都發(fā)揮作用，沒有浪費。”
“在考慮成本時，這一點很重要。工業(yè)用酶的價格約為每公斤10美元，但是這種新方法只會增加幾美分的生產成本。因為所需的酶量非常低，同時該材料的保質期超過7個月。”斯考恩補充說。
斯考恩認為，研發(fā)價格合理且易于堆肥的塑料薄膜，可以激勵農產品生產商使用可堆肥塑料而不是一次性保鮮膜來包裝新鮮水果和蔬菜。因此，可以節(jié)省有機廢料處理廠購買昂貴的塑料拆包機器的費用。
由于這種方法可能既適用于硬質塑料又適用于軟質柔性塑料，徐婷希望將其研究范圍擴展到聚烯烴。這是一個無處不在的塑料家族，通常用來制造玩具和電子零件。
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