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日本科学家开发环保工艺 将生物塑料转化为肥料

发布时间:2021-11-01 11:07:55人气:

塑料在上个世纪风靡全球,几乎在我们生活的各个方面都有应用。然而,构成塑料基础的这些合成聚合物的兴起,导致了许多严重的环境问题。其中最糟糕的是过度使用石油化工化合物,以及未经回收处理的非生物降解材料;所有塑料垃圾中只有14%被回收,这几乎不能解决问题。为了解决塑料难题,研究人员认为需要开发“循环”系统,在这个系统中,用于生产塑料的源材料经过处理和回收后会完全循环。在东京工业大学,由副教授Daisuke Aoki和教授Hideyuki Otsuka领导的一个科学家团队正在开拓一个新的概念。




在他们新的环保工艺中,利用生物质生产的塑料(生物塑料)通过化学方法被重新回收为肥料。这项研究将发表在《绿色化学》上,这是英国皇家化学学会的一份期刊,专注于可持续和生态友好技术的创新研究。


该团队专注于异山梨醇基聚碳酸酯(PIC),一种生物基聚碳酸酯,作为石油基聚碳酸酯的替代品,已经获得了很多关注。PIC是用一种从葡萄糖中提取的无毒材料--异山梨醇(ISB)作为单体生产的。有趣的是,连接ISB单元的碳酸盐链接可以在一个被称为"氨解"的过程中用氨水切断。这个过程产生尿素,这是一种富含氮的分子,被广泛用作肥料。虽然这种化学反应对科学来说并不是什么秘密,但很少有关于聚合物降解的研究关注所有降解产物的潜在用途,而不仅仅是单体。


首先,科学家们调查了PIC的完全氨解在温和的条件下(30℃和大气压)在水中进行的效果如何。这一决定背后的理由是为了避免使用有机溶剂和过量的能源。该小组通过各种手段仔细分析了所有的反应产物,包括核磁共振光谱、傅里叶变换红外光谱和凝胶渗透色谱。


尽管他们成功地以这种方式生产了尿素,但即使在24小时之后,PIC的降解也没有完成,仍有许多ISB衍生物存在。因此,研究人员尝试提高温度,发现在90°C时,大约6个小时就能实现完全降解!这也是研究人员会选择这种方法的原因。Aoki博士强调了这种方法的好处:“反应的发生不需要任何催化剂,表明PIC的氨解可以很容易地使用氨水和加热进行。因此,从化学品回收的角度来看,这个程序操作简单,而且对环境友好。”


最后,作为所有PIC降解产物可以直接作为肥料使用的概念证明,该团队用拟南芥这种模式生物进行了植物生长实验。他们发现,用所有PIC降解产物处理的植物比只用尿素处理的植物长得更好。


这项研究的总体结果展示了开发塑料肥料系统的可行性。该系统不仅可以帮助抵御污染和资源枯竭,还可以为满足世界上日益增长的粮食需求做出贡献。Aoki博士最后说:“我们相信,我们的工作是在不久的将来开发可持续和可回收聚合物材料的一个里程碑。”


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