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发布时间:2021-05-28

塑料制品在现代生活中随处可见,其危害早已形成共识。科研发现,不同的塑料品种可以在环境中生存几十年至几百年,Zui稳定的聚乙烯产品在土壤环境中可以生存400年以上,而在海洋环境中则更长。而且降解塑料一般在土壤或堆肥环境下会在6个月内完全降解为二氧化碳和水。推广降解塑料是解决我国塑料污染的有效途径。

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塑料是少数大宗材料中Zui年轻的材料。Zui早的塑料是1862年英国科学家亚历山大·帕克斯用硝化棉制成的帕克辛,约翰·韦斯利凯悦改为赛璐珞,现在的乒乓球还是赛璐珞。塑料一上市,就显示出超乎想象的应用潜力,尤其是20世纪50年代德国化学家齐格勒和意大利化学家纳塔发明的催化剂合成聚烯烃塑料,标志着塑料时代的到来。

塑胶本身品种多,性能覆盖范围广;加工方便,成本低,可异形或加色;重量轻,安全性好;稳定性好,不怕风吹日晒,耐酸碱腐蚀。所以塑料产品很快进入了社会经济生活的各个方面。全球塑料产量在1950年达到200万吨,2018年达到3.6亿吨。

价格便宜使大部分塑料产品都变成了一次性产品。奥地利工程师马克思·舒施尼于1902年研制出塑料袋,由于其轻便、坚固、便宜、使用方便,塑料袋迅速取代了菜篮子布袋,成为人们生活中的必需品。但是,大量的塑料垃圾,特别是一次性的,被扔进了大自然。

由美国佐治亚大学,加州大学圣巴巴拉分校和海洋教育协会组成的研究小组的研究结果显示,从1950年代早期开始,人类已经生产了83亿吨塑料,其中63亿吨完全变成废料。其中只有9%的废塑料被回收利用,12%的废塑料经焚烧处理,其余79%是深埋在垃圾填埋场或自然环境中,造成了严重的环境污染和生态问题。英国《卫报》在2004年4月把塑料袋列为“人类Zui糟糕的发明”。

填埋的塑料废弃物占有大量的土地资源,难以分解成垃圾,渗透液可能污染地下水、大气和土壤。燃烧塑料废料可以回收热能,但是会产生复杂的废气,如氯化氢、二英和多环芳烃,造成大气的二次污染。

许多塑料废弃物被丢弃或通过河流等流入海洋,现在几乎所有类型的塑料都可以在海洋中找到。根据英国政府科学办公室发布的《前瞻、未来海洋》,每年有800万~1000万吨塑料废弃物从陆地进入海洋。

假如环境中的塑料废物继续保持目前的增长速度,那么到2050年,海洋中的塑料可能会比鱼类重。据联合国环境署透露,仅印尼爪哇岛上272公里长的芝塔龙河一天就流入南海近2000吨的废弃塑料。

随着洋流,海洋中的塑料物品逐渐聚集在一些地区,形成海洋中的塑料聚集区。现在,太平洋地区有3个大型塑料聚集区,其中Zui大的是美国夏威夷至加州的海域,基本都位于西经130~160度,北纬25~40度之间。

据说面积达到160万平方公里,大小相当于45个海南岛和3个法国。大量塑料垃圾影响了海洋环境和生态,鲸鱼们因吞食塑料而丧生,小海龟们则因缠绕在塑料网中而屡见不鲜。

海洋塑料污染影响Zui严重的不是所谓的塑料岛,而是微塑料。微型塑料是指直径小于5mm的塑料粒子或碎片,但目前科研所说的微型塑料通常较小,一般不超过1mm。由于颗粒小,微塑料可以随波逐流,分散在海洋中。

微塑常被鱼类、贝类等海洋生物吸入体内,部分残留在生物体内,Zui终到达人类餐桌。也有一些微塑料和海盐一起进入人类食物。目前,微塑料对人体的危害是医学研究的重点之一,尚无明确的结论。但是,微塑料经常会吸附海洋中的有毒物质,微生物等,对人类的健康是不利的。

2。

了解塑料特性的研究者们很早就认识到它会引起污染。舒施尼发明塑料袋的时候,他建议一定要找到分解的方法再生产。但唯利是图的资本不会等待,很快就促进了塑料袋的商业化。舒施尼失望而内疚地自杀了。

20世纪60年代,美国科学家提出了降解塑料污染的方案。所谓降解塑料,是指塑料在环境中受到一定的外部因素的影响,其聚合物碳链逐渐断裂,Zui终完全断裂成碳,在有氧环境中变成二氧化碳,在无氧环境中变成甲烷,Zui终重新进入自然碳循环。

谈到降解,人们首先想到的可能是天然物质如淀粉或纤维的分解。实际上,60年代的科学家们也希望通过塑化淀粉来生产可降解塑料。但是淀粉的耐水性和耐油性都不能满足要求,科学家们又想到了向淀粉中加入普通聚烯烃塑料。但是,经过两次失败的尝试,科学家们明确指出,只有完全自我降解的塑料,才能解决白色污染问题。

生物降解塑料相应的工业化技术已基本成熟。在70年代开始研究的生物降解塑料是一种新的高分子材料,它利用环境中的微生物促进塑料的降解。

Zui初,科学家们对PHA(聚羟基烷酸酯)进行研究。它是一种真正的生物材料,通过微生物歧化代谢产生PHA颗粒,然后分离净化。但是,这种高分子加工要求严格,价格高,这些因素阻碍了产业化和大规模应用。

20世纪80年代,美国卡吉尔·道公司研制的玉米发酵生产的聚乳酸(PLA)经乳酸发酵制成可降解塑料,成功地解决了降解塑料成本高、性能好的问题,适合于部分塑料注射成型。2003年,卡吉尔·道公司实现了14万吨的工业化规模,成为世界上第一家10万吨的降解塑料制造商,PLA也成为当今生物降解

PBS(聚丁二酸丁酯)和PBAT(聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯)于本世纪初开发成功,是针对PLA脆性较大的缺点而开发的。PBS硬度适中,耐热性好,是制备耐热产品的Zui佳分解塑料。PBAT性能接近聚乙烯,是开发一次性分解膜袋产品的Zui佳选择,是目前分解塑料的Zui主流产品。

当前,生物降解塑料已经形成了一系列产品,主要产品有PBAT和PLA,包括PBS,PHA,PCL(聚己内酯)等,主要产品的生产能力已经达到10万吨。还推出了包括购物袋、垃圾袋、餐盒、地膜等下游产品,为解决陆地白色污染提供了解决方案。

塑料的生物降解主要依靠环境中微生物的作用来实现,而塑料在海洋环境中的降解效果往往不理想。大海里的盐分含量很高,海水里的微生物比土壤里的少得多。总体而言,土壤中的微生物含量超过每毫克一亿,而每升海水中的微生物含量只有万个数量级。海水中的微生物数量与土壤相比几乎可以忽略不计。为此,需要研究开发海水降解塑料,以解决海洋塑料污染问题。

中国科学院理化技术研究所的科研人员设计了海水分解塑料,它是由具有海洋环境消耗的生物分解功能片段和可在海水环境中用盐离子催化的水分解片段组成的。

利用功能段来调整材料的性能,利用水解段来调整塑料在海洋中的降解速度,科研人员研制出一系列性能不同,适用于不同应用场景的海水降解塑料。目前,该项目已完成实验室研究,处于工程研究阶段。我相信它很快就能进入工业示范,生产新的海水降解塑料。

 

人们一方面应该提倡降解塑料,从而减少环境中塑料废物的增加;另一方面也应该研究如何减少现有环境中塑料废物的污染。近年来,科学家发现并进一步促进了微生物对普通塑料废物的分解。

如中国科学院昆明植物研究所的卡恩等人发现了塔宾曲霉可以分解聚酯型聚氨

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