Ученые продвинулись в создании действительно компостируемого пластика

схожие новости

Менее 9% пластика перерабатывается в США, а большая часть оказывается на свалках или в окружающей среде. Биоразлагаемые пластиковые пакеты и контейнеры могут помочь, но если они не отсортированы должным образом, они могут загрязнить природу еще хуже, так как большинству биоразлагаемых пластиков требуются месяцы для распада, и когда это наконец произойдет, они образуют микропластик — крошечные кусочки пластика, которые могут оказаться в океанах и телах животных, в том числе и в нашем собственном.

Теперь ученые из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики и Калифорнийского университета разработали ферментно-активируемый компостируемый пластик, который может уменьшить загрязнение микропластика и имеет большие перспективы для вторичной переработки пластмасс. Материал можно разбить на его строительные блоки, а затем преобразовать в новый компостируемый пластиковый продукт, утверждается в статье на сайте Лаборатории Беркли.

— В дикой природе ферменты являются тем, что природа использует для разложения элементов, и даже когда мы умираем, ферменты заставляют наши тела разлагаться естественным образом. Поэтому в рамках этого исследования мы спросили себя: «Как ферменты могут биоразлагать пластик, чтобы он стал частью природы?», — сказала старший автор Тин Сюй, являющаяся старшим научным сотрудником отделения материаловедения лаборатории Беркли и профессором химии, материаловедения и инженерии Калифорнийского университета.

Большинство используемых сегодня биоразлагаемых пластиков изготовлены из полимолочной кислоты (PLA), пластика на растительной основе, смешанного с кукурузным крахмалом. Существует также поликапролактон (PCL), биоразлагаемый полиэфир, который широко используется в биомедицинских целях, таких как тканевая инженерия.

Изображение микропластика на пляже

Но проблема с обычным биоразлагаемым пластиком заключается в том, что он неотличим от одноразового пластика, такого как пластиковая пленка, поэтому значительная часть этих материалов оказывается на свалках. И даже если биоразлагаемый пластиковый контейнер будет помещен на объект для органических отходов, он не может распасться так же быстро, как салат, который он когда-то содержал, поэтому в конечном итоге он загрязняет органические отходы, сказала соавтор Коринн Скоун, штатный научный сотрудник и заместитель директора отдела исследований.

Поэтому Сюй и ее команда решили использовать другой подход — «наноконфигурировать» ферменты в пластмассы. Поскольку ферменты являются частью живых систем, уловка заключалась в том, чтобы найти безопасное место в пластике, где ферменты будут бездействовать до позыва к действию.

В серии экспериментов Сюй и ее соавторы встроили следовые количества коммерческих ферментов Burkholderia cepacian липазы (BC-липаза) и протеиназы K в пластиковые материалы PLA и PCL. Ученые также добавили защитное средство для ферментов, называемое четырехмономерным статистическим гетерополимером, или RHP, чтобы помочь распределить ферменты на расстоянии нескольких нанометров друг от друга.

В результате ученые обнаружили, что обычная бытовая водопроводная вода или стандартные почвенные компосты превращают пластиковый материал с ферментами в его мономеры и удаляют микропластик всего за несколько дней или недель.

Модифицированный пластик (слева) разрушается всего через три дня (справа) в стандартном компосте и полностью через две недели

– Они также узнали, что прежде чем BC-липаза сможет преобразовать полимерную цепь в мономеры, она должна сначала захватить конец полимерной цепи. «Контролируя, когда липаза обнаруживает конец цепи, можно гарантировать, что материалы не разложатся, пока они не будут побуждены к действию горячей водой или компостной почвой», — пояснил Сюй.

Кроме того, они обнаружили, что эта стратегия работает только тогда, когда BC-липаза является нанодисперсной — в данном случае всего 0,02% по весу в блоке PCL — а не случайным образом подбрасывается и смешивается.

Промышленные ферменты могут стоить около 10 долларов за килограмм, но этот новый подход только добавит несколько центов к стоимости производства килограмма смолы, потому что количество необходимых ферментов невероятно низкое, а срок хранения материала составляет более семи месяцев, — сказал Скаун.

Исследования рассеяния рентгеновских лучей, проведенные в Лаборатории Беркли, охарактеризовали нанодисперсию ферментов в пластиковых материалах PCL и PLA.

Эксперименты по межфазному натяжению, проведенные соавтором Томом Расселом, показали в реальном времени, как размер и форма капель меняются, когда пластик распадается на отдельные молекулы. Лабораторные результаты также различают молекулы фермента и RHP.

Новый компостируемый пластик, разработанный учеными из лаборатории Беркли и Калифорнийского университета в Беркли, распадается на мелкие молекулы при воздействии горячей воды или компостной почвы

— Межфазный тест говорит о том, как происходит деградация, — сказал он, — Но доказательством тому является компостирование. Тинг и ее команда успешно извлекли пластиковые мономеры из биоразлагаемого пластика, просто используя RHP, воду и компостную почву.

Рассел — приглашенный научный сотрудник и профессор полимерологии и инженерии из Массачусетского университета – возглавляет программу Adaptive Interfacial Assemblies Towards Structuring Liquids в отделе материаловедения Лаборатории Беркли.

Читать еще

Комментарий

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Пожалуйста, введите ваш комментарий!
пожалуйста, введите ваше имя здесь

Популярные новости

Новое исследование раскрывает тайны спиралевидной группировки атомов

В 2016 году изучение сегнетоэлектриков стало более интересным с открытием полярных вихрей — по сути, спиралевидной группировки атомов — в структуре материала. Теперь группа...

Подсчитано число планет с внеземной жизнью

Судя по опубликованному исследованию в журнале «‎The Astronomical Journal»‎, международная группа из исследователей подсчитала количество планет, которые потенциально пригодны для развития и жизни внеземных...

DC-8 от NASA возвращается к полетам

По сообщению пресс-службы JPL NASA, Лаборатория летательных наук снова выбирается на небо после капитального ремонта и вскоре будет готовиться к кампании «Эксперимент по конвективным...

Учёные установили причину неспособности роботов передавать человеческие эмоции

Группа японских исследователей сравнила мимику роботов и людей с помощью инфракрасных камер захвата движения (производящих 120 кадров в секунду) и выяснила, что автоматические движения...

Исследования выявили отличия мозга одиноких людей

Исследователи сравнили степень самооценки и генетические данные людей, считающих себя одинокими, и тех, кто так не думает. Все принимали участие в исследовании добровольно, специалисты...

НАСА назвало замену «Роскосмосу» в космосе

Семь государств стали членами в американской программе Artemis, которая предполагает создание окололунной станции и высадку человека на поверхность Луны, как сообщает интернет-портал «‎SpaceNews»‎. Космические...

Ученые назвали продукт, который способен продлить жизнь человеку

Специалисты сообщают, что периодическое употребление ревеня является залогом долголетия. Растение рода травянистых содержит сильные антиоксиданты, полезные вещества и соединения, которые обладают оздоровительными свойствами. Медики утверждают,...

Беременные и кормящие женщины смогут решить, получать вакцину или нет

В своем экстренном разрешении на вакцину Pfizer-BioNTech  Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов предприняло неожиданный шаг, оставив открытой возможность того,...

NREL раскрывает кругозор относительно литий-ионных батарей

Литий-ионные батареи становятся все более востребованными для хранения энергии и использования в электромобилях — потребности, которые будут и дальше расти с ожидаемыми технологическими инновациями...