廢棄聚氨酯如何“重生”

　　從柔軟舒適的記憶棉枕頭，到輕便彈性的運(yùn)動(dòng)鞋中底，再到冬暖夏涼的建筑外墻保溫層，聚氨酯材料早已悄然融入我們生活的方方面面。然而，隨著這些產(chǎn)品使用壽命的終結(jié)，如何處理廢棄聚氨酯材料，正成為擺在科學(xué)家面前的一道新課題。如何讓這些“退役”的聚氨酯材料重獲新生？中國(guó)化工報(bào)記者近日采訪了中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所結(jié)構(gòu)生物學(xué)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)，他們開(kāi)發(fā)的生物降解聚氨酯新方法，或?qū)⒊蔀榻鉀Q這一問(wèn)題的有效回答。

　　據(jù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人劉衛(wèi)東研究員介紹，隨著塑料污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重，傳統(tǒng)的機(jī)械回收和化學(xué)回收已難以滿足可持續(xù)發(fā)展的需求。利用生物酶法處理廢棄塑料并推動(dòng)其循環(huán)利用，已成為一個(gè)蓬勃發(fā)展的研究領(lǐng)域?！吧锩阜ń到馑芰霞夹g(shù)展現(xiàn)出諸多優(yōu)勢(shì)，如反應(yīng)溫和、特異性強(qiáng)、無(wú)限循環(huán)、碳排放低和可處理混雜塑料等，逐漸成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)?！眲⑿l(wèi)東表示。

　　相比于聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料，聚氨酯的生物解聚更為復(fù)雜。首先，PET僅含有酯鍵，可被酯酶進(jìn)行水解，而聚氨酯中含有酯鍵、氨基甲酸酯鍵以及醚鍵等多種化學(xué)鍵，阻礙了生物解聚的效率。其次，聚氨酯多為發(fā)泡材料，含有較多種助劑，解聚的步驟也相對(duì)復(fù)雜。最后，聚氨酯解聚所需溫度也較高，通常要到200℃，而生物酶法一般都是在常溫常壓下進(jìn)行。此外，關(guān)于聚氨酯生物解聚的報(bào)道也較少，全球只有幾個(gè)團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行探索，相關(guān)企業(yè)參與度也不高。

　　面對(duì)上述困難，劉衛(wèi)東團(tuán)隊(duì)基于在廢棄塑料酶法解聚方面多年的研究基礎(chǔ)，在催化機(jī)制和改造方面進(jìn)行了大膽的嘗試。他們對(duì)具有聚氨酯水解能力的百余個(gè)酶種進(jìn)行了測(cè)試和篩選，找到了野生聚氨酯解聚酶，并掌握了其野生型晶體及其復(fù)合體晶體結(jié)構(gòu)，據(jù)此揭示了酶高效降解聚氨酯塑料的分子機(jī)制?；诮Y(jié)構(gòu)分析和分子動(dòng)力學(xué)模擬的結(jié)論，他們對(duì)“野生酶”進(jìn)行了改造，獲得的部分突變體，也就是“人工酶”，顯著提升了降解聚酯型聚氨酯和聚氨酯衍生物的活性。這種“人工酶”對(duì)聚酯型聚氨酯的降解效率比“野生酶”提高近11倍，大幅提升了聚氨酯的回收利用率。目前，該項(xiàng)成果已在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Advanced Science》和《ACS Catalysis》上發(fā)表。

　　除上述優(yōu)勢(shì)外，生物法還能實(shí)現(xiàn)塑料的循環(huán)利用。劉衛(wèi)東介紹，經(jīng)過(guò)生物酶法降解后，廢棄聚氨酯分解為原始單體，實(shí)現(xiàn)材料的“閉環(huán)再生”。與傳統(tǒng)的機(jī)械回收和化學(xué)回收都不一樣，用生物法能制備出媲美原生料的高品質(zhì)再生料。“以現(xiàn)在已經(jīng)比較成熟的PET生物法降解技術(shù)為例，其再生料突破了傳統(tǒng)回收料只能用于低端制品的局限，甚至能滿足透明PET瓶等應(yīng)用場(chǎng)景的需求。生物酶法降解聚氨酯也有類似的效果。這或許就是生物法的最顯著的優(yōu)勢(shì)——讓廢棄材料重獲新生，而非降級(jí)使用?！眲⑿l(wèi)東舉例解釋道。

　　劉衛(wèi)東也坦言，生物法應(yīng)用于降解聚氨酯仍面臨很多挑戰(zhàn)，目前聚氨酯解聚酶的種類和數(shù)量還不是很多，部分酶的性能也不高。“我們將繼續(xù)推動(dòng)酶制劑的工業(yè)化應(yīng)用，降低酶的生產(chǎn)成本，提高酶的活性和穩(wěn)定性，讓生物酶法成為塑料污染治理的主力軍。”劉衛(wèi)東表示。（陳菲 梁晨）

　　轉(zhuǎn)自：中國(guó)化工報(bào)

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