《生物基塑料和塑料混纺纺织品难以在海洋生物中降解》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: liguiju
  • 发布时间:2023-06-24
  • 塑料污染似乎无处不在,除了用于制造塑料袋、杯子和瓶子等生活用品,服装、地毯和其他纺织品制造业也越来越离不开塑料,人类对塑料的依赖导致了这场污染灾难。来自美国加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所(UC San Diego’s Scripps Institution of Oceanography)的研究人员首次追踪了天然、合成和混合纺织品在海洋中直接被生物降解的能力。该研究成果已于5月24日发表在《PLOS One》期刊上。
    论文主要作者Royer进行了一项实验,发现天然和木质纤维素织物在一个月内会降解,而由聚乳酸(Polylactic Acid,PLA)制成的可生物降解塑料织物,即使经过长达一年的海水浸泡也没有显示出任何降解的迹象。Royer认为在工业中可生物降解的物质在自然环境中不一定会被降解,最终成为海洋污染物。大约62%的纺织品(约6800万吨)由塑料纤维和塑料混合物制成,它们可以在环境中存在几十年到几个世纪。这些纺织品在日常穿着和洗涤过程中也会因微纤维脱落而造成塑料污染。
    在实验中,研究人员使用了十种纺织工业中常用的不同类型的织物,包括木质纤维素(商业上称为莱赛尔、莫代尔和粘胶)、天然纤维素(有机原棉和非有机原棉)、生物塑料(PLA)、油基塑料(聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚丙烯)以及聚酯和聚丙烯混合的莱赛尔纤维混合物。这些纺织品通过流通容器分别被放置在海面和10米水深的海底,每七天对样本进行一次检查,并拍摄图像,从重复样本中取出小块用于进一步调查。整个海面实验周期持续了231天,海底持续了196天。
    实验结果显示,天然的纤维素基纺织品在30-35天内反复分解,但是油基和生物基材料在428天后也没有显示出分解的迹象。研究人员通过电子显微镜测量了每根纤维的大小和结构。随着时间的推移,天然纤维变得越来越细,而塑料纤维的直径保持不变,没有生物降解的迹象。与此同时,拉曼光谱分析显示纤维素基材料的化学指纹发生了显著变化,而生物基和油基塑料则保持不变。
    该研究指出,生物基PLA塑料作为一种生态前景广阔的材料上市、油基聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚丙烯是人为污染的重要来源,这些材料在自然环境中如何发挥作用应被进一步探索,并希望消费者能够更加重视环保意识。Royer表示人们应该少买衣服,寻找更循环、更可持续的选择。如果需要购买,尽量选择天然的高品质材料,如羊毛或纤维素基材料。(刘雪雁  编辑)

  • 原文来源:https://scripps.ucsd.edu/news/not-so-biodegradable-new-study-finds-bio-based-plastic-and-plastic-blend-textiles-do-not
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    • 塑料是人类伟大的发明,它在可塑性、耐用性和化学稳定性等方面都令传统材料望尘莫及,因此被广泛地应用于工业生产和生活领域。据统计,目前全世界每年的塑料产量已达4亿吨且与日俱增。然而,塑料制品的大量生产和利用也同时带来源源不断的环境污染问题,仅中国每年就产生7000多万吨塑料垃圾。不仅如此,聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等塑料的物理化学结构稳定,自然环境下难以分解,会造成长期生态问题。因此,PET废弃物的有效降解已成为当今人类社会急需解决的问题之一。PET生物降解法具有环境友好、条件温和的优势,而高温条件下有利于提高塑料的生物降解效率,因此,嗜热PET降解体系一直是国内外科研人员关注的焦点。   青岛能源所崔球研究员领导的代谢物组学研究组前期已成功建立了热纤梭菌这一典型嗜热细菌的成熟的基因操作平台,可以通过对热纤梭菌的任意遗传改造实现高效全菌催化剂的定向打造。目前,研究人员已经将基于热纤梭菌的全菌催化技术成功应用于木质纤维素的生物转化领域,建立了新型的整合生物糖化技术。基于此,代谢物组学研究组与德国格赖夫斯瓦尔德大学(University Greifswald)Uwe T. Bornscheuer团队合作,在塑料生物降解领域开展研究,建立了迄今为止已知的最高效的全菌PET塑料降解策略,证实了嗜热全菌催化策略的优越性和应用前景。研究成果以“Thermophilic whole-cell degradation of polyethylene terephthalate (PET) using engineered Clostridium thermocellum”为题于2020年4月28日发表于应用生物学领域国际期刊Microbial Biotechnology。博士研究生颜飞为该论文的第一作者,刘亚君副研究员、崔球研究员、德国Greifswald大学韦韧副教授为共同通讯作者。   研究人员以热纤梭菌作为底盘细胞,将来自枝叶堆肥元基因组的嗜热角质酶LCC在热纤梭菌中进行异源表达,从而成功建立了具有PET降解功能的嗜热全菌催化剂(图1)。该全菌催化剂可以在60℃条件下,14天内成功将60%的商业化PET塑料薄片转化为乙二醇和对苯二甲酸等可溶性单体(图2)。这一以热纤梭菌重组菌株为全菌催化剂的PET降解性能显著高于之前报道的基于嗜中温细菌和微藻的全菌催化体系。由于热纤梭菌可以通过合成纤维小体高效降解木质纤维素,因此,基于热纤梭菌的全菌催化策略还有望在混纺织品废弃物的生物回收中发挥出巨大的应用潜力。   该工作得到了中国科学院战略性先导专项、国家自然科学基金委、山东省自然科学基金委的资助。(文/图 颜飞 刘亚君)