新发现!蛾幼虫可降解聚乙烯塑料

材智汇NewM 2019-01-15 15:16:33

聚乙烯是重要的通用塑料之一,占塑料产品的40%左右,主要用于包装材料,其重要性不言而喻。近50多年来,以聚乙烯为代表的塑料产品产量以指数级形式增长,它们的不可降解性也造成了极其严重的环境问题。因此,发展高效的生物降解方法对于高分子行业的可持续性发展有着重要的意义。

 

聚乙烯全碳链的化学成分是其难以降解的真正原因,用普通的化学降解方法难以奏效。因此,使用生物降解的方法是一种可行的途径的。最近,来自英国剑桥大学生物化学系的科学家发现某种蜡蛾幼虫(Galleria mellonella)可以以较快的速度降解聚乙烯塑料薄膜,并产生乙二醇降解产物,相关研究成果发表在Cell旗下期刊《Current Biology》(影响因子8.9)。

 

当使用该种蛾幼虫与聚乙烯塑料袋相接处后,约40分钟后即可产生肉眼可见的漏洞。经定量测试,使用100条幼虫与商业化聚乙烯塑料袋接触12小时后会会消耗约92mg聚乙烯。

 

    ▲ PE塑料袋与100条Galleria mellonella幼虫接触后的外观

 

为了排除在上述现象中昆虫噬咬本身会破坏塑料袋,研究者将幼虫虫体匀浆液涂在塑料袋表面,发现接触14小时可消耗13%的聚乙烯,平均降解速度可达到0.23mg cm-2h-1。该速度明显高于先前已经报道的对于多种塑料产品的生物降解速率。

 

研究者使用FTIR对其降解产物进行了表征。在与对照组聚乙烯样品相比,经过Galleria mellonella幼虫匀浆液处理的聚乙烯样品增加了3350 cm-1处的信号峰,该峰可与乙二醇的特征峰对应。

 

    ▲ 经幼虫匀浆液处理的PE膜以及对照组PE膜红外谱图

 

此外,对经过处理的PE膜表面同样进行了AFM表征。经过幼虫降解后的PE膜表面明显更加粗糙,从侧面可辅证样品膜表面的降解。

 

    ▲ 经幼虫匀浆液处理的PE膜以及对照组PE膜AFM图

 

该类昆虫可以降解PE膜与其种属有关。事实上,这种昆虫幼虫在自然界中以蜂蜡为食,成年蛾虫将卵即产在蜂巢中,在蛹虫阶段之前,它们的食物就是蜂蜡,而蜂蜡中则包含大量的烷烃、烯烃以及酯类物质,蜂蜡化学成分与PE有一定的相似性。

 

比较遗憾的是,该项研究没有证明到底是与Galleria mellonella幼虫相关的微生物还是酶造成了聚乙烯的降解,这也成为了下一步研究的重点。


来源:高分子科学前沿


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