19世紀,塑料誕生了,這被稱為人類最偉大(dà)的發明之一。但由於白色汙染越(yuè)來越嚴重,塑料變成了“最糟糕”的發明。據統計,全球每年塑料廢(fèi)棄物約3000萬噸,其中超(chāo)過800萬噸(dūn)的塑(sù)料垃圾被直接丟棄或從陸地通過河(hé)道、風力最終進入海洋,塑料汙染對海洋環境造成的損(sǔn)害遠遠超過了人們的想象。
前不久,在深圳舉行的(de)第一屆“率(lǜ)先杯(bēi)”未來技術創新大(dà)賽決賽上,中科(kē)院理(lǐ)化(huà)所工(gōng)程塑料國家工程研究(jiū)中心的團隊展示了一種海水中可降(jiàng)解材料,可以有效(xiào)解決海洋塑料汙染問題。該項目也是最終(zhōng)獲得優勝獎的30個項目之一。
從生物(wù)降解塑料得到啟發
塑料垃圾來自於何(hé)方?上班路(lù)上快餐店裏順帶早餐的一個塑料袋,中午快遞小哥送來的一(yī)個包裹袋,又或者是洗澡時沐浴露裏的塑料顆粒等等,在很多意想不到的(de)地方,每個人都會製造出許多塑料垃圾(jī)。
為了解決(jué)白色汙染的問題,中(zhōng)科院理化所工程塑料(liào)國家工程研究中心研發出(chū)了一種“生物降解塑料”,不(bú)僅讓塑料產品用起來得心(xīn)應手(shǒu),使用之後還能“自(zì)動消失”。
“生物降解塑料大都是含酯鍵的高(gāo)分子材料,分子鏈相對(duì)‘脆弱’,因而可以被自然(rán)界許多微生物分解、消化,最終形成(chéng)對環境無危害的二氧化碳和水。”
目前,已經商品化的生物可降解塑料包(bāo)含聚乳酸(PLA)、聚(jù)丁(dīng)二酸丁二醇酯(PBS)及其共聚酯(PBAT)、聚(jù)己內酯(PCL)和聚羥基烷酸酯(PHA)等。這些材料已經成為公(gōng)認的、綠色的可(kě)完全生物降解材料,在一次(cì)性(xìng)包裝、地膜、一次性餐具等眾多領域開始逐漸替代聚丙烯(PP),聚乙烯(PE)等難降(jiàng)解、不降解塑料製品。
在解決(jué)陸地上的白色汙染問題的同(tóng)時,日趨嚴重的(de)海洋塑料汙染又引起了季君暉的注意(yì)。“2016年起,全球範圍(wéi)對於海洋塑料(liào)汙染的報道(dào)鋪天蓋地,因為(wéi)我們前期有很多生物可降解塑料研發經驗,我們立即產生了研發海水可降解材料的念頭。從材(cái)料角度,當時國內外並沒有任何經驗可借(jiè)鑒,但因為(wéi)我們是做降解塑料的,我們覺得這(zhè)個事情有(yǒu)義務去完(wán)成。”
技術(shù)創新實現海洋降解
確定開發海水可降解材料的課題方(fāng)向後,中科院理化所高級工程師王格俠開展了係統的研(yán)究工作。通過多次試驗對比,他們發現(xiàn),在土壤和堆肥中(zhōng)有良好生物降解性能的材料,在海水中的降解(jiě)速率卻不盡(jìn)如人意。
“我們(men)本以為這是一件比較容易的事情(qíng),把生物降解材料稍微作一下(xià)改性(xìng),就可以(yǐ)適應海洋環境了,但(dàn)現實卻潑了一盆冷水。”
這究竟是怎麽回事呢?經過仔細研究,王格俠找到了(le)答(dá)案。“聚酯材料堆肥過程(chéng)是微生物作用下的酶促(cù)水解反(fǎn)應(yīng);而海水溫度低、特異性微生物種(zhǒng)類少、數(shù)量少,很難具備生物降解的條件,因而(ér)大多數聚酯材料在海水中降解周期非常緩慢,甚至難以降解。”
海(hǎi)水中不同區域不同時期差異巨大,想要材料在可控的(de)周期內(nèi)能夠完全降解,單純依靠生物降解過程是走不通(tōng)的。我們麵臨的難(nán)題是:既要解決(jué)現有材料海水中難降解、不降解的問題,還要(yào)根據不同應用需求,使(shǐ)材料滿足(zú)一定的使用性能和環境適應性。
經過多次反複(fù)實驗,王格(gé)俠和團隊成員成功(gōng)走出了這個困(kùn)境。他們(men)從分子設計和兩相合成出(chū)發,通過聚合(hé)物合成改性和共混改性兩種方式,向生(shēng)物降(jiàng)解聚酯體(tǐ)係中引入非酶水解的基(jī)團,實現了材料在海水中整體可控降解。
“現在(zài)我們研發出(chū)的海水可(kě)降(jiàng)解材(cái)料可以在(zài)數分鍾到幾百天內不同周期實現崩(bēng)解或降解,它的降解周(zhōu)期和降解方式可(kě)以根據不同應用需(xū)求進行調(diào)控,未(wèi)來(lái)我們希望這(zhè)種材料的降解模式能夠智能化。”
應用市場前景廣闊
從1999年開始涉足(zú)降解塑料(liào)研究(jiū)開始,經過近20年(nián)的積累,工程塑(sù)料國家工程研究中心通過(guò)技術轉移(yí)轉化,自主研發一步法(fǎ)PBS/PBAT聚合技術,已完成4家企業(yè)技(jì)術授權,其中3家順利投產,總(zǒng)產能7.5萬噸,占全球12.6萬噸的55%。
“在2008年北京奧運會期間,為奧(ào)林(lín)匹克中心(xīn)園(yuán)區量身打造的可生物降解(jiě)環保袋(dài),如今已經形成了相對比較成熟(shú)、穩定(dìng)的降解塑料產業(yè)鏈,這也為海水可降解材料產業化奠(diàn)定了堅實基礎。”
未來海水可降解材料可以替代現(xiàn)有的一次性塑料製品,尤其在遠航(háng)期間,可以有效解決塑料垃圾的處理問題,減(jiǎn)少垃圾對海洋的(de)汙染。除此之外(wài),特殊功能化(huà)的程序降解(jiě)材料還能在信息(xī)安全、能源供給、水產養殖等領域(yù)大顯神通。
“從(cóng)汽(qì)車改性塑料,到家電的抗菌材料研發,我們(men)積累了(le)眾多產業轉化的經驗。我們現在不僅有技(jì)術,還有生產線,未來海(hǎi)水可降解材料的產業化路徑前景良好。雖然短期內生產成本會比普通塑料高,但是當原料、工藝、生產規模達到一定水平(píng)後,成本(běn)一定會降下(xià)來。”
“限塑令”並不能從源頭上解決白色汙染問(wèn)題,而可降解塑(sù)料是從材料的源頭去解決根本性問題。“塑料汙染(rǎn)防治是全社會受益的問題(tí),不能隻讓消費者(zhě)買單。我們希望政府和社會進行責任擔當。”
資料來源:中塑在線
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