分解问题塑料的新方法

从将塑料分解成更有价值的原料化学品的催化剂，到蠕虫唾液中消化问题塑料的酶，科学家们现在即将找到几种解决塑料污染的新方法……

令人担忧的是，我们每年生产的数百万吨塑料中只有9%被回收利用，12%被焚烧。这意味着大多数塑料垃圾最终会被填埋，或者更糟，所以迫切需要新的解决方案来解决堆积的塑料垃圾问题。

聚乙烯是最受欢迎的塑料之一，经常用于食品和消费品包装。这种聚合物吸引人的部分原因在于其高度的稳定性和坚固性，这些特性来自于构成这种材料的稳定的长链碳-碳键。不幸的是，同样的耐化学性和耐久性使聚乙烯成为一个令人头疼的处理问题。

赋予塑料废物新的生命

但现在，美国研究人员已经开发出一种方法，可以将聚乙烯的强碳-碳链分解成短的、三碳长的原料气体丙烯分子。同样来源于石油精炼，丙烯是化学工业中用于生产一系列聚合物和其他材料、药品、溶剂、化妆品和表面涂层的宝贵原料。

美国团队开发了一种特殊的金属催化剂，可以改变稳定的碳-碳链，“提供了一种阿喀琉斯之踵，我们可以在那里切割链，”加州大学伯克利分校有机化学亨利·拉波波特主席约翰·哈特威格说。“你可以把聚合物链想象成一条物理链。它有非常稳定的链接，不能被拉开。但如果我们对聚合物链进行化学改变，把其中一个连杆变成一个扣环，就像项链上的扣环一样，可以打开。现在我们有办法在温和的条件下打破链条。”

该过程由3个反应组成。第一种方法是用铂和锌催化剂将氢原子从聚合物上拉下来，取代碳原子之间的一些双键而不是单键，从而形成Hartwig概念上的“扣环”结构。接下来的两个反应使用钯催化剂沿着链条重复移动“扣环”，切断三个碳长的丙烯分子，直到整个聚乙烯聚合物链被用完。

与目前用于分解聚乙烯的500℃热解技术相比，该工艺只需在200℃的温度下进行，并且在较温和的条件下进行，因此该工艺更节能，产出的产品质量更高。将废弃聚乙烯转化为更有价值的产品，如丙烯，是一种升级回收，将废弃塑料垃圾转化为化学宝藏。Hartwig希望，通过增加目前毫无价值的垃圾的价值，这将激励人们清理和回收塑料，而不是倾倒它们。

从自然中汲取灵感

与此同时，Federica Bertocchini在密切关注蜡虫的过程中有了一个惊喜的发现广场Mellonella在它们从聚乙烯塑料袋里钻出来之后。当时还不清楚这些逃避现实的蠕虫是通过物理撕裂塑料，还是它们能够分泌出能够消化塑料的化学物质。

现在，西班牙国家研究委员会的研究员Bertocchini在《自然通讯》上撰文证实，蜡虫唾液中存在的酶确实可以消化塑料。

聚乙烯在很大程度上抗生物降解;但是，蜡虫唾液酶仍然能够通过将氧结合到聚合物结构中来分解稳定的碳-碳链。这个过程被称为氧化，导致大聚合物链断裂成小分子。最令人惊讶的是，这些酶能够在室温下几个小时内降解聚乙烯，而不需要塑料预处理。这与这种氧化过程在环境条件下发生所需的数十年形成鲜明对比。“无需预处理，塑料本身，室温，pH值中性;就是这样!”贝尔托奇尼说。

鉴于唾液腺酶可以在实验室中克隆，它提供了一种很有前途的解决方案，可以在不需要实际的蜡虫的情况下降解塑料废物。

Bertocchini说:“它可能提供一个系统，在一个受控的环境中，塑料可以被生物降解。”她推测，成堆的废塑料可以“用这些酶的水溶液处理”。未来的潜在应用可能包括将其用于塑料废物管理设施，甚至是“每个人都可以降解废塑料的家用工具包”。