海水降解塑料研发,任重道远
【科普小博士】
作者:王格侠(中国科学院理化技术研究所高级工程师)
当前,塑料污染已经成为地球上直逼气候变化的另一重大威胁,因为它正在急剧而不可逆地污染每一种自然系统,并危及越来越多的生物。海洋也是如此。
海洋塑料垃圾污染有多严重?据统计,全球每年塑料废弃物超过3000万吨,其中有超过800万吨的塑料垃圾被直接丢弃或从陆地通过河道、风力最终进入海洋。目前,几乎所有类型的塑料都已经在海洋中找到,其中80%以上是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、尼龙(PA)、聚氯乙烯(PVC)等非降解树脂材料,它们在海水中受光、风化、涡流机械和生物群的不断作用,最终形成直径小于5毫米的"微塑料"。由于难以降解,这些微塑料会不断积累,不仅会影响海鸟、鱼和其他海洋生物,也将逐渐通过食物链影响人类。
与陆地上的白色污染治理不同,受海洋特殊水域环境限制,人们几乎无法通过传统打捞方式对这些细小的塑料微粒进行广泛收集和处理。因此海洋塑料污染的治理日益紧迫但困难重重。
那么,如何才能遏制这种趋势?开发和使用能在海洋环境中自行降解的塑料制品,替代PE、PP、PA等难降解塑料制品,是公认的解决这一问题的最根本途径。
近年来,我们为了解决"白色污染"开发了很多种可生物降解的新材料,如聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)及其共聚酯(PBAT)等。这些新材料已在众多领域中替代了不可降解的通用塑料,成为"禁塑令"实施的重要支撑,在一定程度上缓解了陆地上的"白色污染"。
但这些材料在海洋中却难以降解——聚酯材料堆肥降解的本质是聚合物在微生物酶作用下发生的酶促水解反应,这需要环境中特异微生物、数量、温度等满足一定的要求。
然而海洋却没有这种条件。
研究表明,海洋环境以高盐、高压、低温和稀营养为特征。海面及近海处平均温度17 、海面以下大部分水温为0-4 。海洋微生物数量除了近海区密度略大外,大洋中微生物密度平均每毫升只有几个至几十个,与堆肥降解过程中每升土壤中的微生物数量相比,几乎可以忽略。海洋环境的这种特点极大抑制了聚酯材料在海水中的降解性能。以陆地上常用的生物降解塑料PLA为例,堆肥条件下,PLA标准样条50天左右失重达到70%;但是在自然海水中放置1年也没有观察到明显失重。
不过令人欣喜的是,通过对不同材料在海水中降解过程和降解机制的深入研究,科研人员将非酶促水解与生物降解过程相结合,已经设计研制出了一类海水中可快速降解的聚合物,这类高分子材料在功能主链中嵌入了易水解的位点或片段,不仅具有通用塑料相媲美的使用性能,同时可以在海水、土壤、淡水等自然环境中快速降解,是一种全自然域可降解的高分子材料。
这只是迈出第一步。作为新的可降解材料,还需要经受相关材料标准和检测标准的进一步验证。而作为新的海水降解的塑料制品,还需要结合市场需求进行材料筛选,并将复杂的合成工艺进行生产放大,仍然任重道远。
《光明日报》( 2021年12月23日16版)
引入辅助卫星比速度例如图为凤凰号着陆器经过多次变轨后登陆火星的轨迹图,轨道上的PQ两点与火星中心在同一直线上,PQ两点分别是椭圆轨道的远火星点和近火星点,已知轨道为圆轨道,下列说法正确的是()A。着
动能定理中的正负号的选取在动能定理的应用中,很多同学不知道什么时候用加号,什么时候用减号,下面以例子说明。例如图所示,运动员把质量为m的足球从水平地面以速度v踢出,足球在空中达到高度为h时速度为v在此过程
人类记录中最强地震是9。5级,那12级地震有多可怕?看完不淡定了地震作为一种自然灾害,没几年就会发生一次,一旦发生就会对人类造成不可估量的损失,根据地震释放能量的多少,人类将地震划分成了12个等级,一般发生七八级的地震,对一个地区来说就是极大的
x图像斜率问题x图表示电势在x轴上的分布情况,如下图所示。问题,x图像斜率表示什么呢?有同学会说表示电场强度E,请看一个典型反例如上图所示,匀强电场E方向垂直x轴,则x轴是匀强电场中的一条等势线
静电场电势问题(1)定义及定义式定义电场中某点的电荷的电势能跟它的电量比值,叫做这一点的电势。定义式Eq。(2)电势的单位伏(V),1V1JC。(3)标矢量电势是标量,电势有正负之分,正负表示大
恒力作用下的运动图1例如图所示,在水平向右的匀强电场中的A点有一个质量为m带电荷量为q的油滴以速度v从A点竖直向上运动,已知当油滴经过最高点B时速度大小也为v,求1。场强E的大小2。AB两点间的电
电容器动态分析问题电容器,是装电的容器,类似水桶,是一种容纳电荷的电子元件。高中讲的是平行板电容器,分析电容器问题时常用到平行板电容器的三个公式1。CQU(定义式)2。CS4kd(决定式)2。EUd
电容充放电原理电容,它之所以能够储存电荷,是因为当我们把它与电源正负极相接后,由于电源的正极和负极聚积的电荷的同性相互排斥作用,开始向电容的二个极板扩散,由此形成了给电容充电的电流,到达电容二个
静电场中的类比例有质量的物体周围存在着引力场。万有引力和库仑力有类似的规律,因此我们可以用定义静电场场强的方法来定义引力场的场强。由此可得,与质量为M的质点相距r处的引力场场强的表达式为E(万有
曲线运动与动能定理相结合易错题因为曲线运动需要向心力,如果向心力有弹力参与,那么速度的发现会影响向心力,向心力进而影响弹力,弹力进而影响摩擦力,摩擦力做功也受到影响。例题滑板是现在非常流行的一种运动,如图所示,
电场叠加与电势叠加物理量包括矢量和标量,矢量既有大小又有方向,标量只有大小而没有方向。运算法则区别在中学物理,长度质量时间密度功能量温度电流强度等都是标量,标量运算服从代数运算法则。力位移速度加速度