日本科學家開發環保工藝 將生物塑料轉化為肥料

塑料在上個世紀風靡全球，幾乎在我們生活的各個方面都有應用。然而，構成塑料基礎的這些合成聚合物的興起，導致了許多嚴重的環境問題。其中最糟糕的是過度使用石油化工化合物，以及未經回收處理的非生物降解材料；所有塑料垃圾中只有14%被回收，這幾乎不能解決問題。為了解決塑料難題，研究人員認為需要開發“循環”系統，在這個系統中，用于生產塑料的源材料經過處理和回收后會完全循環。在東京工業大學，由副教授Daisuke Aoki和教授Hideyuki Otsuka領導的一個科學家團隊正在開拓一個新的概念。

在他們新的環保工藝中，利用生物質生產的塑料（生物塑料）通過化學方法被重新回收為肥料。這項研究將發表在《綠色化學》上，這是英國皇家化學學會的一份期刊，專注于可持續和生態友好技術的創新研究。

該團隊專注于異山梨醇基聚碳酸酯(PIC)，一種生物基聚碳酸酯，作為石油基聚碳酸酯的替代品，已經獲得了很多關注。PIC是用一種從葡萄糖中提取的無毒材料——異山梨醇（ISB）作為單體生產的。有趣的是，連接ISB單元的碳酸鹽鏈接可以在一個被稱為'氨解'的過程中用氨水切斷。這個過程產生尿素，這是一種富含氮的分子，被廣泛用作肥料。雖然這種化學反應對科學來說并不是什么秘密，但很少有關于聚合物降解的研究關注所有降解產物的潛在用途，而不僅僅是單體。

首先，科學家們調查了PIC的完全氨解在溫和的條件下（30 ℃和大氣壓）在水中進行的效果如何。這一決定背后的理由是為了避免使用有機溶劑和過量的能源。該小組通過各種手段仔細分析了所有的反應產物，包括核磁共振光譜、傅里葉變換紅外光譜和凝膠滲透色譜。

盡管他們成功地以這種方式生產了尿素，但即使在24 h之后，PIC的降解也沒有完成，仍有許多ISB衍生物存在。因此，研究人員嘗試提高溫度，發現在90 ℃時，大約6 h就能實現完全降解！這也是研究人員會選擇這種方法的原因。Aoki博士強調了這種方法的好處：“反應的發生不需要任何催化劑，表明PIC的氨解可以很容易地使用氨水和加熱進行。因此，從化學品回收的角度來看，這個程序操作簡單，而且對環境友好。”

最后，作為所有PIC降解產物可以直接作為肥料使用的概念證明，該團隊用擬南芥這種模式生物進行了植物生長實驗。他們發現，用所有PIC降解產物處理的植物比只用尿素處理的植物長得更好。

這項研究的總體結果展示了開發塑料肥料系統的可行性。該系統不僅可以幫助抵御污染和資源枯竭，還可以為滿足世界上日益增長的糧食需求做出貢獻。Aoki博士最后說：“我們相信，我們的工作是在不久的將來開發可持續和可回收聚合物材料的一個里程碑。”