聚氨酯塑料生物降解的研究现状

目前,聚氨酯(PUR)塑料占据全球塑料市场的6%左右,然而,由于处置不合理,大量聚氨酯塑料被丢弃到环境当中,造成了严重的资源浪费和环境污染等问题。废弃塑料的资源再利用已成为各个国家关注的重要问题。废弃塑料处理主要包括掩埋、焚烧以及机械回收、物理化学和生物利用等。与传统物理和化学法的降级利用相比,生物法因其绿色安全和潜在的高值化利用而成为研究者关注的热点。然而,塑料高分子特殊的分子结构使得目前塑料生物处理依然存在诸多问题,难以实现规模化应用。本文综述了PUR的化学结构和PUR降解性微生物的筛选方法,并总结了PUR降解微生物和降解酶的研究现状以及评价其降解效果的方法,为推进PUR生物降解研究提供了一定参考。     

中欧组织间合作研究项目MIX-UP助力实现“碳中和”

随着全球塑料循环体系的变革升级,提高塑料的回收利用不仅可以减少塑料在生命周期中的碳排放,还可以解决废塑料潜在的生态环境危害。文中介绍了2019年国家自然科学基金组织间国际 (地区) 合作研究项目“废塑料资源高效生物降解转化的关键科学问题与技术 (MIXed plastics biodegradation and UPcycling using microbial communities,MIX-UP)”。该项目聚焦“塑料污染”这一全球化的问题,围绕中欧双方确定的“塑料生物降解菌群”研究领域,联合中欧双方14家优势科研单位,开展实质性的重大前沿合作研究。针对废塑料生物降解中存在的解聚与重塑两个难题,项目以难降解石油基塑料 (PP、PE、PUR、PET和PS) 以及生物可降解塑料 (PLA和PHA) 的混合废塑料作为研究对象,从塑料微生物降解途径解析及关键元件的挖掘与改造、塑料高效降解混菌/多酶体系的构建与功能调控、塑料降解物的高值化炼制途径设计与利用策略3个方面展开研究。本项目将突破废塑料生物降解转化中高效降解元件挖掘、塑料降解物高值化利用的关键科学问题与技术,探索一条废塑料资源化、高值化、循环化、低碳化的新塑料循环路线,建立以“降塑再造”为核心理念的废塑料生物炼制体系,丰富我国固废资源化生物技术利用平台。项目的实施不仅有助于提升我国塑料 (生物) 循环经济的理论基础和关键技术水平,还可以推动我国与国际科研院所的多边交流与合作,促进我国在生物技术领域的创新发展,助力我国碳中和目标的实现。     

聚碳酸酯塑料生物降解及其线路化设计潜能

双酚A型聚碳酸酯(bisphenol-A polycarbonate, PC)是一种应用广泛的热塑性工程塑料,常用于医用材料和电子设备等产品。PC塑料废弃物在环境中的大量累积对生态系统和人类健康带来危害。微生物降解被认为是一种可持续发展的PC废弃物资源回收利用技术。本文综述了目前PC塑料降解的国内外研究成果,包括PC塑料的污染现状及其生物和非生物的降解,特别对PC塑料的降解微生物和降解酶研究进行了详细的总结,并在这些研究成果的基础上,提出了PC塑料降解可能的线路化设计,为潜在的PC塑料废弃物的循环利用和高值化应用提供一定的借鉴。     

废油脂生物合成聚羟基脂肪酸酯的研究进展

聚羟基脂肪酸酯(PHA)是微生物细胞内合成的高分子生物聚酯,当培养基中生长所必需的营养物质含量有限,而碳源物质过多时,会促进PHA的积累。众多PHA产品均具有生物可降解性以及优异的物理化学特性,有望替代传统塑料从而减少"白色塑料垃圾"的产生。但是较高的生产成本限制了PHA进一步的产业化和大规模应用。利用廉价易得的原材料作为微生物的碳源制备PHA是降低生产成本的有效途径之一。废弃油脂作为碳氢化合物,具有良好的微生物利用潜力。目前,以废油脂为原料、通过微生物合成可生物降解塑料已成为研究热点。该方法不但可以降低PHA的生产成本,解决废油脂的处理和高值化利用问题,还可以替代部分传统塑料的使用,符合我国绿色循环可持续发展的战略。文章系统总结了PHA的种类和应用,利用废弃油脂微生物合成PHA的最新进展以及微生物胞内PHA的提取方法,并对其合成PHA的有效实现和发展前景进行了展望。     

生物柴油研究进展

介绍了国内外生物柴油的发展现状,探讨了我国发展生物柴油的原料来源途径,包括木本油料植物、转基因油料作物、废弃油脂、微生物油脂和微藻油脂等,综述了制备生物柴油的化学法、酶法、超临界法等生产技术及其进展,概括了当前生物柴油主要的品质问题与改性对策,分析了生物柴油副产物的高值化利用策略,指出了我国生物柴油产业化面临的原料、技术和生物炼制方面的主要问题。     

塑料的生物降解与转化专刊序言

合成塑料已广泛应用于国民经济各领域,是国民经济的支柱产业。然而,不规范生产、使用塑料制品以及处置塑料废弃物等问题,造成塑料在环境中长期累积,导致了严重的环境污染和碳资源浪费。生物降解是实现废塑料污染治理与资源化的新途径,已成为国内外废弃塑料处置研究的热点。近年来,在塑料降解微生物/酶资源的分离、筛选、鉴定以及对其进行工程化改造等方面取得了重要突破,为环境中微塑料的治理、废塑料的闭环循环再生提供了新的思路和方案。另一方面,利用微生物(纯菌或菌群)将塑料降解产生的单体进一步转化为生物可降解塑料及其他具有高附加值的化合物,对于解决废塑料的生态环境污染、推动塑料循环经济发展以及减少塑料在生命周期中的碳排放等方面具有重要意义。《生物工程学报》特组织出版“塑料的生物降解与转化”专刊,邀请了国内外塑料生物降解与转化领域的相关专家学者介绍了塑料生物降解资源的发掘、塑料解聚酶的设计与改造、塑料降解物的生物高值转化等领域最新进展和研究成果,收录了包括评论、综述、研究论文等类型的相关文章16篇,为塑料生物降解与转化的进一步研究提供借鉴和指导。     

石油基塑料的微生物降解

石油基塑料种类繁多、数量巨大、应用广泛,常见的有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氨酯(PUR)等。这些合成塑料因其高分子量、高疏水性及高化学键能的特点难以被微生物降解,从而在环境中长期存在和累积,"白色污染"已经成为一个全球性问题。因此安全经济的微生物降解合成塑料是人类面临的一个选择和难题。文中从微生物资源及相关酶学研究方面综述了聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚氯乙烯这6种石油基塑料的生物降解的研究现状。目前关于上述6种石油基塑料的微生物降解研究依然大多停留在微生物资源的寻找中,已发现的具备相关能力的菌株种类较少,并且微生物降解效率均非常缓慢;对于其降解机理及关键基因和酶的研究比较少。文中为进一步开展塑料生物降解研究,寻找高效的塑料降解菌株资源以及进一步在遗传、分子和生化水平研究塑料生物降解机理研究,从而最终实现合成塑料的彻底降解和高值化利用提供了借鉴。     

塑料添加剂向生态环境中的释放与迁移研究进展

塑料废弃物,尤其是粒径小于5 mm的微塑料造成的环境污染问题已引起全球的普遍关注。塑料制品在生产过程中常使用多种添加剂,以提高聚合物的性能并延长其使用寿命。然而,在废弃塑料制品的回收及自然老化过程中,这些添加剂会不断释放出来,对生态环境的安全与人类的健康产生威胁。综述了近年来国内外塑料添加剂的使用情况及其向生态环境释放与迁移等方面的研究进展,具体包括常用塑料添加剂的种类、废弃物塑料回收和塑料老化过程中添加剂向生态环境中的释放与迁移及机制等。未来需要更加关注绿色塑料添加剂的研发、废弃塑料回收工艺的改进以及关于塑料添加剂的释放、在各类环境介质中的迁移转化以及在生态系统各个圈层间的相互作用方面的系统性的研究,并构建相应的迁移模型评估塑料添加剂产生的生态风险。     

塑料生物降解检测方法的研究进展

塑料处理不当造成的污染问题已成为全球性难题。目前的解决办法除回收利用与使用可生物降解塑料替代之外,最主要途径仍是寻求高效的塑料降解方法。其中,采用微生物或酶处理塑料的方法因其具有条件温和、不产生次生环境污染的优势而受到越来越多的关注。塑料生物降解技术的核心是高效解聚微生物/酶,然而当前的分析检测方法无法满足塑料生物降解资源的高效筛选,因此开发准确、快速的塑料降解过程分析方法,对于生物降解资源筛选和降解效能评价具有重要意义。本文介绍了近年来在塑料生物降解领域的常用分析检测技术,包括高效液相色谱、红外光谱、凝胶渗透色谱以及透明圈测定等,重点讨论了荧光分析策略在快速表征塑料生物降解过程中的应用,为进一步规范塑料生物降解过程的表征与分析研究,以及开发更高效的塑料生物降解资源筛选方法提供借鉴。     

聚乳酸塑料合成、生物降解及其废弃物处置的研究进展

随着国内外禁塑令和限塑令的升级,以聚乳酸(polylactic acid, PLA)为代表的生物基塑料成为传统石油基塑料市场的主要替代品,备受产业界的青睐。然而,公众对生物基塑料的认识仍存在诸多误解。事实上,生物基塑料的降解需要在特定条件下才能实现,泄入到自然环境中同样难以降解,会对人体、生物多样性和生态系统功能造成危害,这与传统石油基塑料相似。近年来,随着我国PLA产能和市场规模不断的提高,亟需进一步加强对PLA等生物基塑料降解性能的认识,挖掘PLA生物降解资源,关注和研究生物基塑料回收处理模式。基于上述背景,本文首先介绍了PLA塑料的性质及合成方式,以及PLA塑料的产业化与市场规模;其次,对目前聚乳酸塑料微生物与酶法降解的研究进展进行了综述,并对其生物降解机制进行了探讨;最后,提出了微生物原位处理和酶法闭环回收两种聚乳酸塑料废弃物生物处置方法,并对PLA生物基塑料的发展前景和趋势进行了展望。     

国家能源局发布《生物柴油产业发展政策》

<正>国家能源局近日发布《生物柴油产业发展政策》,提出要构建适合我国资源特点、以废弃油脂为主、木(草)本非食用油料为辅的可持续原料供应体系。《政策》提出,发展废弃油脂生物柴油产业的省份建成比较完善的废弃油脂回收利用体系,健全回收利用法律法规;初步建立能源作(植)物油料供应模式;探索优化微藻养殖及油脂提取工艺,实现微藻生物柴油技术突破。     

塑料马铃薯——生物聚合物的研究

废弃的化学合成塑料已成为自然公害。人们采用塑料中添加淀粉的生物方法,这对解决塑料废物虽不彻底,但已走出了第一步。在不久的将来化学合成的塑料将被生物制造的塑料所取代。今日的农场将转变为塑料生产工厂。几年前英国帝国化学工业公司开始利用真养产碱杆菌Alcaligenes eutrophus生产一种称为聚羟丁酸的聚合物(Polyhydroxybutyrate,PHB),它在细菌中的作用就像人体中的脂肪或植物中的淀粉一样可用来供给能量。A.eutrophus生产PHB需要     

产业动向

<正>中国农业科学院油料作物研究所在生物柴油关键技术方面取得突破近日,中国农业科学院油料作物研究所等单位研发了以小桐子、光皮树、废弃油脂等非食用油脂资源为原料转化成生物柴油的关键技术,并获得2014年度中国农业科学院科技成果奖一等奖。这项生物柴油转化技术包括非食用油脂资源预处理关键技术、高效油脂制取与回收技术和关键设备、适于不同原料的高效转化技术     

聚氨酯塑料降解菌G-11的筛选鉴定及其塑料降解特性

聚氨酯(polyurethane,PUR)塑料因其特殊的理化性质而被广泛应用。然而,大量废弃PUR塑料的不合理处置造成了严重的资源浪费和环境污染。利用微生物的手段实现废弃PUR塑料的高效降解和循环利用成为目前的研究热点之一,而高效降解菌是PUR塑料生物法处理的关键。本研究以垃圾填埋场PUR类废塑料样品为来源,分离到一株能够降解PUR类似物Impranil DLN的微生物,并对其PUR降解特性开展了研究。通过16S rRNA基因序列比对将该菌初步鉴定为拟无枝杆菌属(Amycolatopsis sp.),命名为G-11。PUR塑料降解实验结果表明,菌株G-11对商业化PUR塑料的减重率达到4.67%,扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)发现塑料结构被破坏,表面出现侵蚀。接触角分析和热重分析(thermogravimetric analysis,TGA)结果发现,菌株G-11处理后的PUR塑料的亲水性增强,热稳定性下降,该结果与减重和扫描电镜结果相一致。结果表明,分离自垃圾填埋场的菌株G-11在废弃PUR类塑料生物降解方面具有一定的应用潜力。     

一种新型生物塑料(PHB)的研究进展和开发前景

一种新型生物塑料（ＰＨＢ）的研究进展和开发前景郭秀君于昕（山东大学微生物学系塑料作为高分子聚合物成为现代社会不可缺少的重要材料。塑料制品在国民经济各部门发挥着重要作用。但这类化学合成的高分子不能被生物降解。所以一旦废弃,必然给环境造成极大危害,使环境恶化,生态平衡破坏,因此,为保护环境,防止污染,从长远考虑,发展生物可降解塑料十分必要。目前世界上许多国家如美国、西欧各国及日本、中国等都在积极...     

循环生物经济背景下我国塑料降解回收发展的机遇、挑战及建议

当前,白色污染造成的消极影响已经扩散到人类社会经济、生态和健康等各个方面,循环生物经济发展进程面临严峻挑战。作为全球最大的塑料生产消费国家,我国在塑料污染的治理问题上肩负着重要责任。在此背景下,本文分析了美国、欧洲、日本与我国塑料降解与回收的相关战略,并对该领域的文献与专利展开计量,从研发趋势、主要研发国家和研发机构等角度了解其技术研发现状,探讨我国塑料降解回收发展面临的机会与挑战,最终提出了政策体系、技术路径、产业发展与公众认知四位一体的未来发展建议。     

聚焦生物降解塑料

<正>传统聚烯烃塑料在自然界中很难降解,塑料垃圾(也称"白色污染")遍布全球,给自然界的污染问题带来巨大困扰。生物降解塑料是指一类由自然界存在的微生物如细菌、霉菌(真菌)和藻类的作用而引起降解的塑料。理想的生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解、最终被无机化而成为自然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料。     

发展生物塑料是大势所趋

随着石油能源供需矛盾日趋紧张、油价上涨,以及源于石油生产的各类塑料制品废弃后难以降解,严重污染了环境(有“白色污染”之称),发展可生物降解的“生物塑料”(即生态友好塑料)以取而代之,是大势所趋,是塑料产业今后的发展方向。生物技术应用于生物塑料的发展有广阔的前景。日     

微藻生物固碳技术在“双碳”目标中的应用前景

微藻生长速度快、CO₂固定效率高,每生产1 t微藻生物质可固定1.83 t CO₂。同时,微藻还可将固定的CO₂转化为油脂、蛋白质、多糖、色素和不饱和脂肪酸等物质,能够实现CO₂的高值化利用。因此,微藻生物固碳技术在CO₂捕集和利用方面具有极大的发展潜能。本文首先阐述了高效固定CO₂藻株的选育、提高微藻生物固定CO₂的培养策略、微藻处理烟道气化合物技术、微藻高效培养光生物反应器的开发及新兴技术助力微藻碳减排等内容,再结合现阶段微藻生物固碳技术所面临的挑战,展望了微藻生物固定CO₂在“双碳”目标中的应用前景,以期为利用微藻高效固定CO₂、高值化利用CO₂提供参考,从而加速“双碳”目标的实现。     

塑料的降解与可降解塑料——聚羟基脂肪酸酯的合成

近年来,塑料污染的问题始终困扰着人类社会。为了解决不可回收的塑料带来的环境问题,“降塑再造”的理念被提出。“降塑再造”主要包括塑料的降解和塑料的再生。而再生成为可降解的聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoates,PHA)则是实现塑料内循环的一种方式。PHA是一种可由多种微生物合成的生物聚酯,以其特有的生物相容性和可降解性以及热加工性能而被大家所关注。同时利用PHA的多样化的单体组成、加工技术和改性方法,可以进一步改善PHA的性能,产生类型多样、性能各异的PHA材料,也可以创造平衡耐久性和生物降解性的新产品,这些特性使PHA有望成为传统塑料的替代品之一。利用极端微生物进行生产的“下一代工业技术(next-generation industrial biotechnology,NGIB)”可以增加PHA的市场竞争力,为国家碳中和目标顺利实施提供参考。本文综述了各类塑料降解并生产PHA的可能性、PHA材料的基础材料属性、加工和改性方法及获得的新材料、新技术和独特的材料性质。