Nature：塑料生物酶降解新技術(shù) 24小時(shí)完全降解PET塑料
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】塑料的發(fā)明給人們的日常生活帶來(lái)非常大的便利，但隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，塑料的廢棄與處理之間出現(xiàn)斷層，導(dǎo)致塑料污染問(wèn)題日趨嚴(yán)峻。據(jù)專家預(yù)測(cè)，到2040年，將有約7.1億噸的塑料進(jìn)入環(huán)境中，這還是在采取了有效防治的背景下，如果不采取有效行動(dòng)，這個(gè)數(shù)據(jù)將達(dá)到13億噸。
近年來(lái)，越來(lái)越多的證據(jù)表明塑料污染給生態(tài)環(huán)境造成了極大的破壞，法國(guó)發(fā)展研究所的研究數(shù)據(jù)表明，每年大約有1500萬(wàn)海洋生物因?yàn)樗芰衔廴舅劳觯⑶疫@個(gè)數(shù)據(jù)還在不斷上升。此外，微塑料(粒徑小于5mm的塑料)也有了向人類“進(jìn)攻”之勢(shì)，2022年4月，微塑料已經(jīng)在活人的肺部深處被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)。(《微塑料入侵人體？淺談微塑料的現(xiàn)狀與防治》)
海洋中的塑料垃圾
塑料污染的治理迫在眉睫，有關(guān)塑料生物降解的研究是環(huán)保領(lǐng)域的重大課題。2022年4月28日，《Nature》上刊登了一項(xiàng)有關(guān)利用酶降解塑料的新技術(shù)的論文，來(lái)自美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的研究人員利用計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)算法創(chuàng)造了一種新型酶FAST-PETase，它最短可以在一天內(nèi)完全降解PET塑料。
常見(jiàn)的塑料品種包括聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚氯乙烯(PVC)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚丙烯(PP)等，其中PET是生活中是最常見(jiàn)的塑料品種之一，主要被用于制作塑料瓶。
在實(shí)驗(yàn)中，為了提高PET降解酶(PETase)的活性，研究人員使計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)算法來(lái)預(yù)測(cè)酶的突變，經(jīng)過(guò)對(duì)突變體進(jìn)行工程改造和測(cè)試，他們選定了一種含有五個(gè)突變的酶——FAST-PETase(功能性、活性、穩(wěn)定和耐受性PETase)。與未經(jīng)改造的PETase相比，F(xiàn)AST-PETase的活性高，有著優(yōu)秀的降解能力。
PET分為兩種形態(tài)，一是緊密的結(jié)晶形態(tài)，另一種是松散的形態(tài)，PET制品就是用這兩種轉(zhuǎn)臺(tái)的塑料按照一定比例混合而成的。因?yàn)榻Y(jié)晶形態(tài)的PET比較穩(wěn)定，無(wú)法直接用酶進(jìn)行講解，所以必須經(jīng)過(guò)預(yù)處理使它變成“松散狀態(tài)”。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)AST-PETase的降解能力超強(qiáng)，它能夠在室溫下一周或50℃以下一天內(nèi)完全降解松散狀態(tài)的PET，當(dāng)潔凈度PET的結(jié)晶度超過(guò)25%時(shí)，需要將PET熱預(yù)處理至“松散狀態(tài)”，再進(jìn)行降解。不僅如此，F(xiàn)AST-PETase還表現(xiàn)出了對(duì)51種消費(fèi)后塑料容器、5種聚酯纖維以及全部PET制品(織物和塑料瓶)的降解能力。
同時(shí)，研究人員還發(fā)現(xiàn)，他們通過(guò)該技術(shù)能夠從3克的有色PET中提煉出2.8克的無(wú)色PET，這些無(wú)色PET能夠再進(jìn)入工業(yè)環(huán)節(jié)，制造出食品級(jí)的PET制品，可以說(shuō)，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完整的“回收閉環(huán)”。
在自然狀態(tài)下，塑料埋在土壤中需要1000年才能夠完全分解，而現(xiàn)在的FAST-PETase新技術(shù)使得1000年縮短成了24小時(shí)，這是個(gè)巨大的進(jìn)步。據(jù)了解，目前該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)為這項(xiàng)技術(shù)提交了專利申請(qǐng)，如果該技術(shù)順利產(chǎn)業(yè)化，那么對(duì)塑料污染的治理來(lái)說(shuō)將會(huì)是一個(gè)“天大的好消息”！
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