流行的"可堆肥"塑料在海洋中其实并不会分解

流行的"可堆肥"塑料在海洋中其实并不会分解这项研究强调了聚乳酸等纺织材料与纤维素纺织材料之间的区别，前者可以在有管理的工业环境中进行堆肥处理，而后者则能够在自然环境中进行生物降解。以石油为基础的塑料废物在海洋中的积累和持久性是海洋生物面临的主要生态问题之一。进入海洋的废弃水瓶等宏观塑料制品可能会以原来的形态存在几十年；即使它们分解成微小的碎片（称为微塑料），也不会被生物降解，而是成为无法消化的污染物，渗透到海洋中。主要作者Sarah-JeanneRoyer博士手持微塑料样本。图片来源：IyvonneKhoo,CC-BY4.0近年来，人们开发了一些替代品来取代油基塑料，目的是减少在制造塑料制品过程中使用的化石燃料，并在丢弃塑料制品时通过堆肥处理提供更环保的废物产品。最受欢迎的替代品之一是聚乳酸（PLA），这是一种乳酸聚合物，由糖和淀粉发酵而来。聚乳酸在大型堆肥中的高温下会分解成乳酸，但在低温条件下，聚乳酸并不能可靠或快速地分解成乳酸。为了研究聚乳酸在自然海洋环境中的去向，作者将聚乳酸样品、油基材料样品、纤维素基材料样品以及纤维素基材料和油基材料混合样品一起浸没在加利福尼亚州拉霍亚沿岸水域的笼子里。每周对样本进行一次检查，看是否有解体的迹象，并在几小时后将样本放回海洋。并非那么可生物降解-图解摘要。Royer等人，2023年，PLOSONE，CC-BY4.0实验室化学分析证实，基于纤维素的材料降解很快，不到一个月就降解了，纤维素在很大程度上是通过产生二氧化碳的生物过程分解的，而不是简单的机械磨损。相比之下，油基塑料、混合物和聚乳酸在14个月的实验中都没有出现降解迹象。"我们的结果表明，可堆肥性并不意味着环境降解，"Royer说。"将可堆肥塑料称为生物降解塑料是一种误导，因为这可能会让人认为这种材料会在环境中降解。聚乳酸基塑料必须在适当控制的设施中进行堆肥处理，才能发挥其作为油基塑料堆肥替代品的潜力。"作者还补充说："这项工作是为数不多的先驱研究之一，涉及不同材料类型（天然材料、全合成材料和生物基材料）在自然环境条件下和受控封闭系统中的生物降解性之间的可比性。这项研究表明，有必要进行标准化测试，以了解被宣传为可堆肥或可生物降解的材料（如聚乳酸）在自然环境中是否真的会生物降解。在这种情况下，担心超细纤维塑料污染的消费者应该了解情况，掌握相关知识，并注意自己购买的材料"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1372333.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1372333.htm

化学"断裂点"让新型塑料在几天到两个月内完成生物降解

化学"断裂点"让新型塑料在几天到两个月内完成生物降解因此，大量的研究集中在设计新型的塑料，使其在完成工作后能更快地进行生物降解，这并不奇怪。而现在，康斯坦茨大学的一个团队已经创造了一个有希望的新候选材料。现在，康斯坦茨大学的化学家们已经开发出一种新的塑料，它具有普通塑料的所有耐久性，但在几个月甚至几天内就能生物降解。这种新材料被称为聚酯-2,18，以其组成的两个模块命名--一个含有两个碳原子的短二元醇单元和一个含有18个碳原子的二元羧酸。虽然它保持了密集的结晶结构，使普通塑料（如HDPE）具有耐用性，但该团队插入了化学"断点"，使该材料能够解开其基本模块，从而可以被回收和重新使用，更重要的是，该团队说这种材料的基础部分可以从可再生资源中获得。在实验室测试中，这种聚酯在几天内就完全分解了。在一个标准的工业堆肥厂进行的进一步测试，使用其他微生物，花了大约两个月，这是令人印象深刻的速度。这些实验表明，不仅这种材料可以被有意地分解，而且如果它中的一些进入了土壤或海洋，它所造成的问题也会少很多。该研究的通讯作者StefanMecking说："我们也对这种快速降解感到惊讶。当然，我们不能将堆肥厂的结果一对一地转移到任何可以想象的环境条件。但它们确实证实了这种材料确实是可生物降解的，并表明如果它无意中被释放到环境中，它的持久性要比高密度聚乙烯等塑料小得多"。该团队计划继续研究这种新聚酯的可回收性和生物降解性，以及如何将其用于3D打印和包装材料。该研究发表在《AngewandteChemie》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1335853.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1335853.htm

易回收和可堆肥 - 研究人员发明一种具有优良机械稳定性的新型塑料

易回收和可堆肥-研究人员发明一种具有优良机械稳定性的新型塑料塑料是由一个或几个化学基本模块的长链组成，即所谓的单体。以高结晶度和防水性为特征的塑料，因此在机械上具有高弹性和稳定性被广泛使用。一个著名的例子是高密度聚乙烯（HDPE），其基本模块由非极性碳氢化合物分子组成。一方面可能是有利的应用特性，但也可能有不利的影响。回收这些塑料和回收基本模块是非常耗能和低效的。此外，如果这种塑料泄漏到环境中，其降解过程是非常漫长的。为了克服塑料的稳定性和生物降解性之间的这种所谓的不相容性，Mecking和他的团队在他们的材料中插入了化学"断点"。他们已经表明，这大大提高了类似聚乙烯的塑料的可回收性。然而，良好的生物降解性并不能自动保证。Mecking解释说："塑料经常获得高弹性，因为它们是以密集的结晶结构排列的，结晶性与水的排斥性相结合，通常会强烈地减速生物降解过程，因为它损害了微生物对断裂点的接触。"然而，这并不适用于研究人员发明的新塑料。结晶而又可堆肥这种新的塑料即聚酯-2,18，由两个基本模块组成：一个拥有两个碳原子的短二元醇单元和一个有18个碳原子的二元羧酸。这两个模块都可以很容易地从可持续的来源获得。例如，作为塑料主要成分的二羧酸的起始材料来自可再生资源。聚酯的特性类似于高密度聚乙烯：例如，由于其结晶结构，它同时表现出机械稳定性和耐温性。同时，第一次可回收性实验表明，在相对温和的条件下，这种材料的基本模块可以被回收。这种新的塑料还具有另一个相当出人意料的特性：尽管它的结晶度很高，但它是可生物降解的，正如实验室的天然酶实验和工业堆肥厂的测试所显示的那样。在实验室的实验中，几天之内，聚酯就被酶降解了。堆肥厂的微生物需要大约两个月，因此这种塑料甚至符合ISO堆肥标准。"我们也对这种快速降解感到惊讶，"Mecking说，他补充道。"当然，我们不能将堆肥厂的结果一对一地转移到任何可想象的环境条件中。但它们确实证实了这种材料确实是可生物降解的，并表明如果它无意中被释放到环境中，它的持久性要比高密度聚乙烯等塑料低得多。"这种聚酯的可回收性和它在不同环境条件下的生物降解性现在都有待进一步研究。Mecking认为这种新材料可能会有一些应用，例如在3D打印或包装箔的生产中。此外，还有更多令人感兴趣的领域，例如将结晶性与可回收性以及磨损颗粒的降解或类似材料的损失结合起来。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1341607.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1341607.htm

机器学习帮助分离可堆肥和传统塑料垃圾

机器学习帮助分离可堆肥和传统塑料垃圾一次性塑料在我们的生活中无处不在，以各种形式出现，如食品容器、咖啡杯和塑料袋。尽管某些塑料被设计成在受控条件下进行生物降解，但它们仍然是有问题的，因为它们往往与传统塑料相似。当这些可堆肥塑料回收不当时，它们会污染塑料废物流，导致回收效率下降。此外，可回收的塑料经常被误认为是可堆肥的，导致堆肥被污染。伦敦大学学院（UCL）的研究人员在《可持续发展前沿》（FrontiersinSustainability）上发表了一篇论文，他们使用机器学习来自动分类不同类型的可堆肥和可生物降解塑料，并将它们与传统塑料区分开来。该研究的通讯作者MarkMiodownik教授评价说："准确度非常高，允许该技术在未来可行地用于工业回收和堆肥设施。"研究人员使用了不同类型的塑料，尺寸在50mm乘50mm和5mm乘5mm之间。传统的塑料样品包括PP和PET，通常用于食品容器和饮料瓶，以及LDPE，除其他外，用于塑料袋和包装。可堆肥塑料样品包括PLA和PBAT，用于杯盖、茶袋和杂志包装；以及棕榈叶和甘蔗，这两种生物质衍生材料用于生产包装。这些样品被分为训练集和测试集，前者用于建立分类模型，后者用于检查准确性。结果显示成功率很高：当样品的尺寸超过10mm乘10mm时，该模型对所有材料都达到了完美的准确性。然而，对于尺寸为10mm乘10mm或更小的甘蔗衍生或棕榈叶基材料，错误分类率分别为20%和40%。在测量5毫米乘5毫米的碎片时，一些材料的识别率比其他材料更可靠：对于LDPE和PBAT碎片，错误分类率为20%；而两种生物质衍生材料的错误识别率为60%（甘蔗）和80%（棕榈叶）。然而，该模型能够无误地识别PLA、PP和PET碎片，而不受样品测量的影响。"目前，大多数可堆肥塑料在传统塑料的回收中被作为污染物处理，降低了它们的价值。应用Trommel和密度分选来筛选堆肥，减少其他材料的存在。然而，目前筛选过程中的污染物水平高得令人无法接受，"Miodownik解释说。"可堆肥包装的优势只有在它们被工业化堆肥，并且不进入环境或污染其他废物流或土壤的情况下才能实现。"为了提高准确性，包括NutchaTeneepanichskul、HelenHailes教授和UCL塑料废物创新中心的Miodownik在内的科学家团队测试了不同类型的传统塑料、可堆肥塑料和可生物降解塑料，使用高光谱成像（HSI）进行分类模型开发。HSI是一种成像技术，在扫描不同材料的同时检测其不可见的化学特征，产生一个逐像素的样品化学描述。人工智能模型被用来解释这些描述并进行材料识别。回收和工业堆肥过程中的塑料管理不善，使得可靠的分拣机制至关重要。Miodownik指出："问题在于目前识别的速度太低，无法在工业规模上实施。然而我们可以并将改进它，因为自动分拣是使可堆肥塑料成为回收的可持续替代品的关键技术"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1350745.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1350745.htm

不会产生微塑料的藻基塑料已通过测试

不会产生微塑料的藻基塑料已通过测试在一项新的研究中，加州大学圣地亚哥分校（UCSanDiego）和材料科学公司Algenesis的研究人员从另一个角度解决了这一问题，他们开发出了一种植物基聚合物，这种聚合物即使被研磨成微塑料，也能在7个月内完成生物降解。加州大学圣迭戈分校化学与生物化学教授、Algenesis公司联合创始人、该研究的作者之一MichaelBurkart说："我们刚刚开始了解微塑料的影响。我们正试图为已经存在的材料找到替代品，并确保这些替代品在使用寿命结束后能够生物降解，而不是在环境中聚集。这并不容易。"生物降解是微生物将聚合物分解成更简单分子的过程。它要求聚合物含有微生物产生的塑料降解酶可以接触到的化学键，并且这些微生物可以消耗聚合物分解释放出的分子。注意：所有塑料都是聚合物，但并非所有聚合物都是塑料。化学与生物化学教授、Algenesis联合创始人兼研究报告作者罗伯特-波默罗伊（RobertPomeroy）说："大约六年前，当我们首次创造出这种藻基聚合物时，我们的初衷一直是希望它能够完全生物降解。我们有大量数据表明，我们的材料正在堆肥中消失，但这是我们第一次在微粒水平上对其进行测量。"多年前，波默罗伊、伯卡尔特和分子生物学教授斯蒂芬-梅菲尔德（StephenMayfield）的一个将藻类转化为燃料的项目演变成了开发高性能生物可降解聚氨酯的探索。鉴于塑料来自石油，而石油来自藻类，研究人员开始直接用藻油制造塑料。由此产生的藻类聚合物被称为TPU-FC1，用于制造世界上第一双可生物降解的鞋子，Pomeroy甚至写了一本关于他的藻基材料的书。在当前的研究中，研究人员使用装有80号砂纸的砂带机来生成包括TPU-FC1在内的各种材料的微塑料。每种材料都使用了不同的砂带机，以防止交叉污染。他们使用不同的方法来检测微生物是否消化了微塑料。首先，在与家庭堆肥相同的条件下，将微塑料放入天然含有微生物的堆肥中。90天后，堆肥样本的检查结果显示，TPU-FC1微颗粒减少了68%，而EVA微颗粒的数量几乎没有变化。200天后，TPU-FC1样品中的微塑料粒子数比开始时总体减少了97%（EVA粒子数没有变化）。石油基（EVA）和植物基（TPU-FC1）微塑料的粒子计数显示，随着时间的推移，EVA几乎没有生物降解，而TPU到200天时已基本消失。图/SC圣地亚哥研究人员使用一组相同的微塑料和堆肥样本来跟踪二氧化碳(CO2)含量，并使用呼吸计进行测量。当微生物分解堆肥时，它们会释放出二氧化碳气体。纯纤维素样品作为内部对照，用于监测背景"二氧化碳演化"，这是堆肥中微生物活性的一种测量方法。纤维素在45天内达到75%的二氧化碳进化量，表明堆肥具有足够的活性。与非生物降解材料的预期结果一样，EVA微颗粒在200天的实验中没有出现二氧化碳进化现象。TPU-FC1微塑料的生物降解效果显著，在200天的时间点上，二氧化碳进化达到76%。因此，呼吸测定法证实了TPU-FC1的生物可降解性，并证明生物降解的结果之一是将微塑料中的碳转化为二氧化碳。由于塑料不溶于水，会漂浮在水面上，很容易被舀出水面，因此研究小组接下来将微塑料加入水中进行测试。每隔90天和200天，几乎100%的EVA微型塑料都被回收，这意味着它们都没有发生生物降解。相比之下，90天后，只有32%的TPU-FC1微颗粒被回收，200天后，只有3%的微颗粒被回收，这表明97%的微颗粒已经生物降解。对藻类塑料进行的化学分析检测到了用于制造塑料的单体，这表明聚合物已被分解为最初的植物材料。进一步分析发现，细菌能够将TPU-FC1用作碳源，并证实它们能够将其分解。该研究的另一位作者斯蒂芬-梅菲尔德（StephenMayfield）说："这种材料是第一种在使用过程中不会产生微塑料的塑料。这不仅仅是针对产品生命周期末端和我们拥挤的垃圾填埋场的可持续解决方案。这实际上是一种不会让我们生病的塑料。"使用传统制造设备制造生物可降解塑料具有挑战性，但Algenesis公司正在取得进展。该公司已与特瑞堡（Trelleborg）合作生产涂层织物，并与犀牛盾（RhinoShield）合作生产手机保护壳。伯卡特说："当我们开始这项工作时，有人告诉我们这是不可能的。现在我们看到了不同的现实。还有很多工作要做，但我们希望给人们带来希望。这是可能的。"这项研究发表在《科学报告》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424661.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1424661.htm

新型生物塑料吸管在海洋中的降解速度比纸还快

新型生物塑料吸管在海洋中的降解速度比纸还快世界卫生组织国际研究所（WHOI）的一项研究表明，一些可生物降解吸管在海洋环境中可在16周内降解50%，是传统塑料的可持续替代品，有助于减少海洋污染。吸管是海岸线上最常见的塑料垃圾之一。随着塑料产品的生产、消费和处理不断增加，科学家和制造商们正在开发替代材料，这些材料既能发挥同样的功效，又不会加剧持续的环境塑料污染。但并非所有塑料都是一样的--不同的制造商有不同的基础聚合物配方（如聚乳酸（PLA）和聚丙烯（PP））和化学添加剂。这意味着不同的塑料配方在环境中的表现不同，在海洋中的分解速度也不同。伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）的科学家们一直在努力量化各种塑料制品的环境寿命，以回答一个悬而未决的问题：吸管在海洋中的寿命有多长？吸管是最常见的海洋垃圾来源之一。研究人员说，我们对塑料在海洋中的持续时间缺乏确切的了解，但科学支持放弃使用这种材料。图片来源：BryanJames/©伍兹霍尔海洋研究所吸管降解的测试和结果在发表于《美国化学学会可持续化学与工程》（ACSSustainableChemistry&Engineering）的一篇新论文中，世界卫生组织（WHOI）的科学家科林-沃德（CollinWard）、布莱恩-詹姆斯（BryanJames）、克里斯-雷迪（ChrisReddy）和孙彦辰（YanchenSun）将不同类型的塑料和纸质饮管进行了对比，看看哪种塑料在近海降解最快。他们与生物塑料制造公司伊士曼（Eastman）的科学家合作，后者为这项研究提供了资金、共同作者和材料。沃德说："我们对塑料在海洋中的寿命缺乏确切的了解，因此我们一直在设计测量这些材料降解速度的方法。事实证明，在这种情况下，有一些生物塑料吸管实际上降解得相当快，这是个好消息。"世卫组织环境系统实验室对不同类型材料制成的吸管进行了为期16周的降解观察。吸管放置的水箱中不断有来自玛莎葡萄园湾的海水流入。图片来源：RachelMann/©伍兹霍尔海洋研究所生物可降解吸管的发展前景他们采用的方法是将八种不同类型的吸管悬浮在马萨诸塞州玛莎葡萄园湾持续流动的海水中。这种方法还控制了温度、光照和其他环境变量，以模拟自然海洋环境。在16周的时间里，对所有吸管的降解迹象进行了监测，并对吸管上生长的微生物群落进行了特征描述。詹姆斯说："我的兴趣一直是了解塑料的命运、持久性和毒性，以及我们如何利用这些信息设计出对人类和地球更有益的下一代材料。我们拥有独特的能力，可以在环境系统实验室的水箱中将海洋环境带到陆地上。它为我们提供了一个非常受控的天然海水环境。"他们测试了由CDA、聚羟基烷酸酯（PHA）、纸、聚乳酸和聚丙烯制成的吸管。在吸管浸没在水箱中的几周内，CDA、PHA和纸吸管降解了多达50%，预计在近海的环境寿命为10-20个月。聚乳酸和聚丙烯吸管则没有明显的降解迹象。吸管材料对环境的影响随后，科学家们比较了两种由CDA制成的吸管--一种是固体，另一种是泡沫，均由伊士曼公司提供。用泡沫CDA制成的吸管是一个原型，目的是观察增加表面积是否会加速分解。他们发现，泡沫吸管的降解速度比固体吸管快184%，因此预计的环境寿命比纸质吸管短。詹姆斯说："这种泡沫吸管的独特之处在于，它的预期使用寿命比纸质吸管短，但却保留了塑料吸管或生物塑料吸管的特性，"作者说，与纸质吸管相比，泡沫吸管有望成为传统塑料吸管的替代品，因为纸质吸管在海洋中会迅速降解，但却会因潮湿而影响用户体验。工业与环境视角"这项研究为吸管制造商在选择吸管材料时提供了明智、透明的数据，因而具有极大的价值。"伊士曼企业创新副总裁杰夫-卡贝克（JeffCarbeck）说："更重要的是，它让我们确信，基于CDA的吸管不会加剧持续的塑料污染，同时也表明吸管制造商致力于提供可持续产品，降低对海洋生物的风险。"塑料带来的持久挑战科学支持摒弃传统塑料材料。塑料污染会对人类和生态系统造成危害，塑料工业也是气候变化的主要因素之一，其整个生命周期内的温室气体排放量约占总排放量的4%至5%。在过去的50年里，塑料垃圾在全球海洋和海洋食物链中变得无处不在，因此，我们必须找到可持续利用、有助于从线性经济向循环经济转变、并能在意外泄漏到环境中时分解的新材料。"虽然有些人力主摒弃塑料，但现实情况是塑料将继续存在。我们正在努力接受这样一个事实，即这些材料将被消费者使用，然后我们可以与公司合作，尽量减少这些材料泄漏到环境中造成的影响，"Ward说。合作促进可持续解决方案"我们认识到测试、验证和了解基于CDA的产品的海洋降解的重要性，但缺乏必要的资源，"Carbeck说。"我们知道世卫组织海洋研究所拥有专业知识和设施，因此我们参与了应对这一挑战的合作努力。这种伙伴关系展示了产学合作在推进共同目标和产生积极影响方面的力量。"研究小组还发现，降解吸管上的微生物群落对每种吸管材料来说都是独一无二的。然而，尽管化学结构大相径庭，两种非降解吸管上的微生物群落却相同。这进一步证明，本地微生物正在降解可生物降解的吸管，而不可生物降解的吸管可能会在海洋中持续存在。沃德说："我们对塑料污染对海洋健康的影响的认识还很不确定，这主要是因为我们不知道这些材料的长期命运。他和研究团队的其他成员计划继续测量塑料材料的降解性，希望能为塑料行业的下一步发展提供指导。与材料制造商合作有很多优势，包括可以使用分析设施，了解和接触他们的材料，而这些是在自己的孤岛上工作所无法获得的。"我们试图优化他们的产品，使其在环境中降解，最终造福地球。"主要收获并非所有塑料制品都是一样的，有些塑料制品在海洋中的寿命比其他塑料制品长。世卫组织工业研究所的科学家们多年来一直致力于量化各种塑料制品的环境寿命，以确定哪些塑料制品在海洋中的寿命最短，哪些最长。为了确定哪些塑料制品会在海洋中持续存在，研究小组在重现自然海洋环境的大型水箱中对不同产品进行了测试。他们首先关注的是饮用水吸管，因为吸管是海滩清理中发现的最常见的塑料垃圾形式之一。作者发现，由二醋酸纤维素（CDA）、聚羟基烷酸酯（PHA）和纸制成的吸管在16周内降解了多达50%。它们都有独特的微生物群落，有助于分解材料。伊士曼公司用发泡CDA制作的原型吸管比固体吸管降解得更快，这意味着改变吸管的表面积可以加快降解过程。科学支持摒弃持久性塑料，因此，确保新材料在泄漏到环境中时能够分解，并且不会进一步污染海洋就变得更加重要。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435812.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435812.htm