(東京30日綜合電)日本科學家近日研發出一種全新可生物降解塑料,這種材料不僅堅固耐用,還能在海水中降解,為解決日益嚴重的海洋塑料汙染問題帶來了全新希望。
該項研究由日本理化學研究所新物質科學中心(RIKEN CEMS)的相田卓三教授領導。這種創新材料有望顯著減少海洋、土壤和食物鏈中的微塑料汙染。相關研究成果已於11月22日發表在《科學》期刊上。
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傳統塑料無法生物降解
傳統塑料無法生物降解,對環境造成危害,這是科學家長期以來努力要解決的問題。雖然已有一些可生物降解和可回收的塑料替代品面世,但它們在海洋環境中難以降解,因為大多數此類材料不溶於水,如聚乳酸(PLA)。這導致微塑料在海洋生態系統中持續存在,對海洋生物和人類健康造成嚴重威脅。
相田團隊的研究突破了這一瓶頸。他們開發了一種基於超分子結構的新型塑料,由兩種離子單體組成,通過可逆的鹽橋相互連接,從而賦予材料高強度和柔韌性。其中一種單體是常見的食品添加劑六偏磷酸鈉,另一種是胍離子基單體。這兩種單體都可被細菌分解,確保了該材料的生物降解性。
相田說:“人們通常認為超分子塑料中可逆鍵的特性會導致它脆弱且不穩定,但我們的新材料恰恰相反。”
研究團隊發現,這種新型塑料只有與大自然中的電解質接觸時,鹽橋結構才會發生逆轉,導致塑料結構失穩並迅速降解。這種選擇性可逆的交聯結構是該材料的關鍵創新點。
在土壤10天內降解化肥料
研究人員將兩種單體混合後,形成了一種粘稠液體和一種水溶液。粘稠液體中含有重要的結構性交聯鹽橋,而水溶液中則含有鹽離子。對稠液體層中進行乾燥處理後,烷基SP2塑料就製成了。
“脫鹽”過程是關鍵一步。如果不進行脫鹽,乾燥後的材料會變得非常脆,無法使用。而當塑料在鹽水中浸泡重新吸收鹽分時,其內部的相互作用會發生逆轉,使塑料結構在數小時內失穩並降解。
初始塑料在鹽水中溶解後,研究人員能夠回收91%的六偏磷酸鈉和82%的胍離子,以粉末形式存在,表明回收過程既簡單又高效。此外,在土壤中,這種新塑料薄片可在10天內完全降解,為土壤提供類似於肥料的磷和氮等。
新型塑料堅固耐用
這種方法成功創造出一種既堅固耐用又可在特定條件下溶解的新型塑料。研究人員也對塑料的質量進行了測試,發現這種塑料無毒、不燃,且可以在120攝氏度以上的溫度下重塑,與其他熱塑性塑料相似。此外,研究人員還可以定製不同強度和硬度的塑料,滿足各種應用需求,包括3D打印、醫療和健康領域。
相田稱:“這種新型材料為我們提供了一種強韌、穩定、可回收、多功能的塑料解決方案,最重要是,它不會產生微塑料。”
這一突破性研究成果為解決全球塑料汙染問題帶來了新的希望,有望推動塑料產業的綠色轉型。
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