科学家们发现了在室温下降解且性能优于石油塑料的生物塑料
长期以来，社会一直在与石油衍生的塑料污染作斗争，人们意识到微塑料对食品和水供应的不利影响进一步增加了压力。 作为回应，研究人员一直在开发传统塑料的可生物降解版本，或“生物塑料”。 然而，当前的生物塑料也面临着挑战：当前的生物塑料不如石化塑料坚固，它们只能通过高温堆肥系统降解。 输入圣华盛顿大学的研究人员。 路易斯，他们从不起眼的叶子中汲取灵感，解决了这两个问题。 早在塑料出现之前，人类就用树叶包裹食物，由于富含纤维素的细胞壁的底层结构，树叶很容易生物降解。 华盛顿大学的化学工程师决定将纤维素纳米纤维引入生物塑料的设计中。 “我们创建了这种多层结构，其中纤维素位于中间，生物塑料位于两侧，”Joshua Yuan 说，Lucy 和 Stanley Lopata 麦凯维工程学院能源、环境和化学工程教授兼系主任。 袁还是美国国家科学基金会资助的生物制造碳利用重新设计 （CURB） 工程研究中心的主任。 “通过这种方式，我们创造了一种非常坚固且具有多功能性的材料，”他补充道。 该技术源于当今两种产量最高的生物塑料。 在一项研究中发表在绿色化学今年早些时候，Yuan 及其同事使用其叶子启发的纤维素纳米纤维结构的变体来提高聚羟基丁酸盐 （PHB）（一种淀粉衍生塑料）的强度和生物降解性; 他们进一步改进了聚乳酸（PLA）技术，正如刚刚发表的一篇新论文所详述的那样自然通讯。 塑料包装市场是一个价值 235 亿美元的行业，以聚乙烯和聚丙烯为主，这些聚合物由分解成有害微塑料的石油。 研究人员优化的生物塑料称为层状、生态、先进和多功能薄膜 （LEAFF），将 PLA 变成了一种在室温下可生物降解的包装材料。 此外，该结构还具有其他关键特性，例如低透气性或透水性，有助于保持食物稳定以及可打印的表面。 这提高了生物塑料的可负担性，因为它使制造商免于印刷单独的包装标签。 “最重要的是，LEAFF 的底层纤维素结构使其抗拉强度甚至比聚乙烯和聚丙烯等石化塑料还要高，”Yuan 实验室的博士生、该文章的第一作者 Puneet Dhatt 解释道。 创新在于添加了华盛顿大学工程师复制的纤维素结构，即嵌入生物塑料中的纤维素原纤维。 “这种独特的仿生设计使我们能够解决生物塑料使用的局限性，克服技术障碍，允许更广泛的生物塑料利用，“袁说。 循环经济就绪 美国具有独特的优势，可以主导生物塑料市场并建立“循环经济”，其中废物被重复使用，反馈到系统中，而不是让它污染空气和水或留在垃圾填埋场。 Yuan 希望这项技术能够尽快扩大规模，并寻求商业和慈善合作伙伴帮助将这些改进的流程引入工业。 来自亚洲和欧洲研究机构的竞争对手也在努力开发类似的技术。 但美国 由于该国庞大的农业系统，工业具有优势——而华盛顿大学靠近美国农化工业的中心。 “美国 在农业方面尤为强大，“袁说。 “与世界其他地区相比，我们可以以更低的价格提供生物塑料生产的原料。” 袁所指的“原料”是乳酸、乙酸盐或油酸盐等脂肪酸等化学品，玉米或淀粉发酵的产物，这些微生物充当生物塑料工厂。 例如， 恶臭假单胞菌是一种广泛用于发酵工业的微生物菌株，包括生产各种聚羟基脂肪酸酯 （PHA），包括 PHB。 McKelvey Engineering 的研究人员设计了转化各种废物的方法，包括二氧化碳、木质素和食物垃圾，使用P等菌株转化为生物塑料。 普蒂达。 通过改进的生物塑料设计，袁的研究进一步填补了这一循环，推出了一种可以更高效地生产并安全地降解到环境中的 PHB 和 PLA 版本。 “美国存在废物问题，循环再利用可以大大有助于将废物转化为有用的材料，”袁说。 “如果我们能够扩大我们的生物塑料供应链，它将创造就业机会和新市场，”他说。 研究“用于可持续包装的仿生分层、生态、先进、多功能薄膜”得到了 NSF EEC 2330245、NSF MCB 2229160 和美国的支持。 能源部 BETO（生物能源技术办公室）项目。 研究“多功能增强生物塑料 （MReB） 的集成设计以协同增强强度、降解性和功能性”得到了 NSF MCB 2229160 和美国的支持 能源部 BETO（生物能源技术办公室）项目包括 EE 0007104、DE EE 0008250 等。