来源:“学习强国”学习平台 中国科学报社 发布时间:2024/3/26 7:25:39
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科学家回信|张军:我国生物降解塑料产能已占世界60%以上

 

编者按:2023年5月起,“学习强国”学习平台与中国科学报社联合发起“科学家回信”活动,邀请广大读者向自己心中向往尊敬的科学家、科技工作者提问、留言。活动启动后,“学习强国”“科学网App”收到了读者的踊跃留言。我们精选了读者王逸一的提问,请中国科学院化学研究所研究员、中国科学院大学化学学院教授张军发出第四十八期回信。

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读者王逸一:在降解塑料方面,有何新进展?

张军:塑料曾被誉为“20世纪最伟大的发明之一”,在当今社会的方方面面具有广泛的应用,如家电、汽车、玩具、各种家居用品等工业和民用领域。但大量的塑料制品在使用后,并没有被有效回收,因此,越来越多的废弃塑料进入人类环境,形成了日益严重的“白色污染”和微塑料问题。尤其是微塑料,已成为近年来全球关注的环境问题。

开发并使用在环境中可降解的新型塑料,代替不可降解的石油基塑料,可以减轻白色污染和微塑料的影响。从20世纪中叶起,科学家就开始寻找降解塑料的方法。最开始的方法是光降解,后来是光与生物双降解(包括氧化降解),但都无法根本解决塑料的降解问题,甚至有些方法还会产生严重的微塑料污染。近二十年来,人们开始聚焦全生物降解高分子材料,希望这类材料能彻底解决塑料带来的环境污染问题。

生物降解高分子材料是指在一定条件下和一定的时间内能被微生物降解的高分子材料,理想情况下,最终降解为无害的单体或二氧化碳和水。根据来源来分,生物降解高分子材料主要包括两类:一类是天然的高分子材料,另一类是人工合成的生物降解高分子材料。

天然高分子是由自然界生物体制造出来的,如纤维素、淀粉、甲壳素、蚕丝、天然橡胶等,绝大多数天然高分子都是可生物降解的。科学家的研究目标是如何经济、高效地把天然高分子原料加工成塑料制品,并使其具备塑料的性能。纤维素是世界上最丰富的天然高分子,是植物的主要成分,纤维素已经被用于制造包括薄膜、纤维纺织品和各种纸基包装材料在内的一系列产品。

人工合成的生物降解高分子,是指采用特殊结构、可聚合的小分子单体为原料,通常在催化剂的帮助下,经聚合反应得到的高分子化合物。按产量计算,人工合成的生物降解高分子最主要的品种是聚乳酸(PLA)和聚对苯二甲酸-己二酸丁二酯(PBAT)。其他常见的生物降解塑料还有聚丁二酸丁二酯(PBS)和聚羟基烷酸酯(PHA)等。

上述人工合成的生物降解塑料具有如下特点:首先,它们是安全无毒的,可广泛应用于民生和工业领域;第二,它们的机械性能和物理性能良好,且和传统塑料一样加工方便,可采用挤出、注塑、吹塑等常规塑料的各种加工方法去成型;第三,具有在环境、人体内的可降解性,这是传统石油基塑料所没有的性能。

近年来,在国家双碳政策和一系列限制塑料污染的政策法规推出后,国内生物降解塑料产业取得快速发展,我国各种生物降解塑料的产能已经占世界60%以上。目前,生物降解塑料主要应用于快递包装、一次性餐具、购物袋及其他产品(如农用地膜)。另外,生物降解塑料在生物医用领域也有重要应用,如人体组织和器官修复材料、可降解支架、免拆线的手术缝合线等。对于一些高科技产品,如柔性智能可穿戴电子产品、电子皮肤等,生物降解塑料往往是首选材料,如纤维素和丝蛋白材料等。因为生物降解材料意味着“绿色、环保、安全”。

生物降解塑料的发展也面临一些挑战,其应用领域和市场规模还很有限。主要存在如下问题:

(1)与传统石油基塑料相比,生物降解塑料的成本偏高。未来要靠多方面举措来降低产品价格,如进一步发展新技术和新工艺,提高生产效率、扩大生产规模等。

(2)技术上而言,目前生物降解塑料的性能还需要进一步提高,如在很多应用场合,需要塑料制品除了具有良好的力学性能外,还需要具有耐水、耐油、耐热等性能,且在使用过程中需保持性能稳定,这往往是生物降解塑料性能上不尽如人意的地方,这都是需要科学家未来逐渐解决的问题。

最后需要强调,科学家开发了生物降解塑料,并不是鼓励人们养成“用即弃”或“随意丢弃”的消费习惯。塑料的可持续发展需要综合考虑与多举措并重,包括:鼓励塑料的回收与再利用(物理和化学途径)、在不同领域的适当使用、在某些领域的减量使用、基于可再生资源的塑料的开发、开发按需降解的新型塑料、开发易于回收的新型塑料等。在诸多不易或不宜回收的领域,如一次性医卫材料和一次性包装材料,生物降解塑料的使用可能是最佳方案,是减少塑料污染的重要措施。

塑料污染问题事关全人类,不仅仅靠国家和企业去解决,还依赖于全民意识和行动。为了守护绿水青山,我们可在日常做好垃圾分类和塑料回收,在某些一次性消费场合有意识地选择生物降解塑料制品,这些小习惯都有利于减少塑料污染,是我们每一个人都能做到的事情。

 
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