日本科學(xué)家開(kāi)發(fā)環(huán)保工藝 將生物塑料轉(zhuǎn)化為肥料

塑料在上個(gè)世紀(jì)風(fēng)靡全球，幾乎在我們生活的各個(gè)方面都有應(yīng)用。然而，構(gòu)成塑料基礎(chǔ)的這些合成聚合物的興起，導(dǎo)致了許多嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。其中最糟糕的是過(guò)度使用石油化工化合物，以及未經(jīng)回收處理的非生物降解材料；所有塑料垃圾中只有14%被回收，這幾乎不能解決問(wèn)題。為了解決塑料難題，研究人員認(rèn)為需要開(kāi)發(fā)“循環(huán)”系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，用于生產(chǎn)塑料的源材料經(jīng)過(guò)處理和回收后會(huì)完全循環(huán)。在東京工業(yè)大學(xué)，由副教授Daisuke Aoki和教授Hideyuki Otsuka領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)拓一個(gè)新的概念。

在他們新的環(huán)保工藝中，利用生物質(zhì)生產(chǎn)的塑料（生物塑料）通過(guò)化學(xué)方法被重新回收為肥料。這項(xiàng)研究將發(fā)表在《綠色化學(xué)》上，這是英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)的一份期刊，專注于可持續(xù)和生態(tài)友好技術(shù)的創(chuàng)新研究。

該團(tuán)隊(duì)專注于異山梨醇基聚碳酸酯(PIC)，一種生物基聚碳酸酯，作為石油基聚碳酸酯的替代品，已經(jīng)獲得了很多關(guān)注。PIC是用一種從葡萄糖中提取的無(wú)毒材料——異山梨醇（ISB）作為單體生產(chǎn)的。有趣的是，連接ISB單元的碳酸鹽鏈接可以在一個(gè)被稱為'氨解'的過(guò)程中用氨水切斷。這個(gè)過(guò)程產(chǎn)生尿素，這是一種富含氮的分子，被廣泛用作肥料。雖然這種化學(xué)反應(yīng)對(duì)科學(xué)來(lái)說(shuō)并不是什么秘密，但很少有關(guān)于聚合物降解的研究關(guān)注所有降解產(chǎn)物的潛在用途，而不僅僅是單體。

首先，科學(xué)家們調(diào)查了PIC的完全氨解在溫和的條件下（30 ℃和大氣壓）在水中進(jìn)行的效果如何。這一決定背后的理由是為了避免使用有機(jī)溶劑和過(guò)量的能源。該小組通過(guò)各種手段仔細(xì)分析了所有的反應(yīng)產(chǎn)物，包括核磁共振光譜、傅里葉變換紅外光譜和凝膠滲透色譜。

盡管他們成功地以這種方式生產(chǎn)了尿素，但即使在24 h之后，PIC的降解也沒(méi)有完成，仍有許多ISB衍生物存在。因此，研究人員嘗試提高溫度，發(fā)現(xiàn)在90 ℃時(shí)，大約6 h就能實(shí)現(xiàn)完全降解！這也是研究人員會(huì)選擇這種方法的原因。Aoki博士強(qiáng)調(diào)了這種方法的好處：“反應(yīng)的發(fā)生不需要任何催化劑，表明PIC的氨解可以很容易地使用氨水和加熱進(jìn)行。因此，從化學(xué)品回收的角度來(lái)看，這個(gè)程序操作簡(jiǎn)單，而且對(duì)環(huán)境友好。”

最后，作為所有PIC降解產(chǎn)物可以直接作為肥料使用的概念證明，該團(tuán)隊(duì)用擬南芥這種模式生物進(jìn)行了植物生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)。他們發(fā)現(xiàn)，用所有PIC降解產(chǎn)物處理的植物比只用尿素處理的植物長(zhǎng)得更好。

這項(xiàng)研究的總體結(jié)果展示了開(kāi)發(fā)塑料肥料系統(tǒng)的可行性。該系統(tǒng)不僅可以幫助抵御污染和資源枯竭，還可以為滿足世界上日益增長(zhǎng)的糧食需求做出貢獻(xiàn)。Aoki博士最后說(shuō)：“我們相信，我們的工作是在不久的將來(lái)開(kāi)發(fā)可持續(xù)和可回收聚合物材料的一個(gè)里程碑。”