兩根吸管被一起放到海水里,固定相機記錄了它們在海水中的變化。經過9周的時間,右邊的吸管竟然整體消失了,而左邊的吸管看上去變化不大。視頻左邊的是普通的可降解塑料,而右邊能更快降解的神奇材料,叫PHA。
PHA的英文名為:PolyHydroxyAlkanoates,中文名稱叫聚羥基脂肪酸,是一種高分子生物材料,大量的存在微生物細胞特別是細菌細胞中。其中,R是烷基、烴基等,m為3~14的任意數字。因此PHA種類繁多,結構具有多樣性。
現在,這種神奇材料已經在餐具、包裝袋、紡織品等很多領域開始出現了,它可以成為普通塑料的替代品。這些東西看上去和普通塑料制品并沒什么兩樣,但實際上,神奇材料PHA和普通塑料最大的不同就是,它是由微生物發酵生產出來的,可以完全地自然降解。
根據PHA單體中碳原子數目的不同將PHA分為3類:短鏈PHA(scl—PHA),含3~5個碳原子;中鏈PHA(mcl.PHA),含6-14個碳原子;長鏈PHA(1cl—PHA),多于14個碳原子。
PHA的分子量為1000~1000000,玻璃態溫度為-60℃~+60℃,熔點為+40℃~190℃,它對水蒸氣和空氣中大多數氣體的阻隔性能類似于PET。
PHA有一些特殊的性能,包括生物可降解性、生物相容性、環境友好性等。正是由于這些特殊性能的存在,使得PHA擁有許多潛在的應用前景,各國科學家對PHA進行了很多工藝流程開發和具體性能探索。
PHA在淡水中穩定,但可以在海水或者土壤中完全生物降解,并且降解速度較其他生物材料較快,對環境也沒有二次污染,可以代替諸多一次性產品的石油塑料作為大多數物品的包裝材料。
PHA的最大的特點是,在堆肥、土壤、海水等幾乎所有環境中都可以被微生物分解,并且分解后的產物大多都是水和碳基,也不會污染環境。
這個發現在禁塑背景下使PHA在一次性塑料產品領域的呼聲漸起,也為一次性塑料替代產品提供了一種綠色可持續發展的思維。
PHA的生物合成主要分為三部分:主要微生物、主要基質、PHA的代謝途徑與調控。主要的微生物有產堿桿菌、假單胞菌、甲基營養菌、固氮菌、紅螺菌等;主要基質有糖質碳源(葡萄糖、蔗糖、糖蜜、淀粉等)、甲烷、氣體H2/CO2/O2、烷烴及其衍生物等。
PHA是由很多細菌合成的一種胞內聚酯,在生物體內主要是作為碳源和能源的貯藏性物質。
與純菌種合成PHA相比,利用混合菌群合成PHA有很多優點,例如在馴化過程中混合菌群的選擇基于生態原理,菌種穩定,為PHA的工業化生產創造了前提。
混合菌種對工藝的適應性強,工藝控制簡單,無需滅菌消毒提供純種環境,從而降低了工藝運行成本;混合菌種可以適應多種不同底物,從而擴大底物的選擇范圍,為混合底物應用于生產打下了良好的基礎。
PHA的基本性能與聚丙烯相似,可在傳統塑料加工機械上進行拉絲、模壓、熱注塑加工成型,可代替絕大部分石油基塑料原料,廣泛應用于農業、環保、生物化工、微電材料、能源、醫藥、醫用材料等領域。
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