多学科交叉助力废塑料生物法循环回收利用的研究进展

多学科交叉助力废塑料生物法循环回收利用的研究进展

杨艳娥 郭超

云南六方合源环保科技有限公司 云南省 650000

摘要：近50年来，全球CO2排放量逐年增加，2020年达到323亿吨，其中我国占比30.7%，2020年我国单位国内生产总值（GDP）的CO2排放量达到球平均水平的1.76倍，减少碳排放刻不容缓。2020年9月，我国宣布在2030年前CO2排放达到峰值、2060年前实现碳中和，开启了向“双碳”目标迈进的新纪元。新材料是第四次工业革命的基础，是我国传统产业升级和战略性新兴产业发展的基石，在当前新一代信息技术、新能源、智能制造等新兴产业迅速崛起的背景下，叠加我国“双碳”目标对化工新材料市场需求的拉动，化工新材料在低碳发展进程中作用十分突出。从化工新材料全生命周期（LCA）分析，从材料的原料供应到生产过程直至产品消费与回收利用，化工新材料与炼化行业推进绿色低碳发展、实现碳中和的关系十分密切，在炼化转型发展、高质量发展过程中不可或缺，值得炼化行业深入分析研究。基于此，本篇文章对多学科交叉助力废塑料生物法循环回收利用的研究进展进行研究，以供参考。

关键词：多学科交叉；废塑料；生物法循环；回收利用；研究进展

引言

我国塑料制造产业一直处于快速发展的时期，人们对于塑料产品的需求日益增多。随着我国绿色发展战略的提出，塑料使用问题受到越来越多社会领域的关注。可降解塑料应运而生，在一定程度上缓解了不可降解塑料带来的“白色污染”，与此同时塑料回收再利用技术也日趋成熟，使人们可以继续享受塑料产品的优势。２０２０年１月，国家发展改革委联合生态环境部颁布了《关于进一步加强塑料污染治理的意见》，内容显示我国将在部分地区率先禁止和限制塑料制品的生产、销售和使用，预计将在２０２２年末实现塑料制品的生产使用大幅度下降。除了掐断塑料制品的产生源头之外，我国政府和各类环保研究机构还应该从塑料回收和再利用技术上做文章，利用前沿的科学技术探索更加优质和高效的废旧塑料回收再利用路径，在放弃额外大量增加塑料制品数量的基础上提升塑料的利用率。

1调研背景与目标

中国塑料回收行业的规模、物理回收率、全球产能占比等指标长期位于世界第一。2019年，中国回收了1890万吨废塑料，本土物理回收率为30%，排在世界前列。同时，中国再生塑料产能约占全球的58%，排在全球第一。由于中国塑料回收再生利用产业的规模全球最大，前端收集、中端回收再生和后端应用的企业众多，再生塑料的应用领域也相当广泛，回收、再生环节的行业分工细致，长期形成的完整产业链，吸纳了极其庞大的就业目前行业内还没有系统性的对中国再生塑料产业链的从业人员规模、知识与技能水平、年龄结构等情况进行深入调查和研究，为此中国物资再生协会再生塑料分会开展了中国废塑料回收、再生产业从业者情况调研，以摸清基本情况，通过调研分析、发现问题，并总结出应对策略，为行业发展和政策出台提供基础研究依据。

2防治“白色污染”，降解塑料与塑料回收并重

塑料以其轻质、防水、高强度、耐腐蚀、低成本等特性，为人类生活、生产提供了极大便利。同时，废塑料也带来了环境污染，俗称“白色污染”。随着人口数量的增长，以及社会经济和人民生活水平的迅速提高，“白色污染”日益严重。塑料垃圾和微塑料环境危害已经无孔不入，海洋生物、鸟类，甚至我们的食品、饮用水中均检测出不同材质的微塑料颗粒。如果不采取行动，到2040年，每年流入海洋的塑料达到2300万~3700万t，相当于全球每米海岸线都有50kg塑料。可以肯定，“白色污染”已经成为21世纪最为恶劣的环境问题，它不仅对生态环境造成极大威胁，对人类健康也将造成严重影响。发达国家工业化进程较早，其白色污染的防治起步早，防治效果显著。

3多学科交叉助力废塑料生物法循环回收利用的研究进展

3.1生物-物理联用技术

其实，在自然界中，动物通过咀嚼、胃磨等机械粉碎方式将塑料进行破碎，然后经肠道微生物群落作用完成降解，这一流程是生物与物理方法偶联降解塑料的典型案例。研究表明，多种全变态昆虫的幼虫，如黑粉虫幼虫、大麦虫幼虫、印度谷螟幼虫、小蜡螟幼虫和蜡螟幼虫等，可以咀嚼和摄食聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）薄膜，然后经由肠道微生物降解，实现塑料到长链脂肪酸等代谢产物的物质转化过程。实验室中对塑料进行机械粉碎，操作更为细致精准，实验结果同样证实了粉碎预处理对于提高塑料降解的重要性。研究发现，对PS、聚乳酸（PLA）、聚碳酸酯（PC）和PMMA进行低能湿磨，可有效减小颗粒尺寸并改变聚合物的形态，当研磨过程中产生的剪切力对聚合物主链的作用积攒到一定程度就会导致链的断裂。在研究一种细菌聚酯水解酶对聚合共混物中聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的水解性能时，将实验材料粉碎成0.05-0.25mm的微粒，并探究了酶与塑料接触的有效表面积大小对酶水解效率的影响。结果表明，在50℃条件下，PET酶水解21天时，0.05mmPET微粒的TPA释放浓度比0.25mmPET微粒高2.8倍，0.1mm微粒则比0.25mm微粒高2.4倍。

3.2生物-信息联用技术

由生物学与信息学交叉产生的生物信息学技术早在二十世纪七八十年代便已产生，目前已被广泛应用于基因组学、蛋白质组学、转录组学、代谢组学等分析领域。在塑料生物降解方面，研究人员对已发现的塑料降解菌进行全基因组测序，从基因组数据中分析塑料降解酶以及塑料代谢通路有关的编码基因，这为探究塑料降解菌的降解分子机制，从基因层面对菌株及其分泌的酶进行筛选改造提供了理论基础。开发了一种能够从基因组和宏基因组中筛选PET降解酶候选基因的搜索算法，并从搜索数据中归纳总结了降解酶在自然环境中出现的频率以及主要关联的细菌门，这为了解该降解酶的形成、发展以及全球分布提供了新的认识。

3.3废旧塑料的回收

废旧塑料的回收工作是指将废旧塑料的剩余价值通过某一方式转换成新的资源或者产品，赋予其崭新的价值。废旧塑料的回收手段主要分为机械回收和化学回收两类。机械回收是采取分离、清洗、碾碎、重塑等物理的手段对废旧塑料进行再加工，重新投入市场使用。这类回收方法成本较低，且工艺简单，常用于做单一类型的较为完整的废旧塑料处理。而化学回收手段通常是对废旧塑料进行焚烧或者化学分解，通过焚烧产生的热量和分解回收物质来实现资源的再利用。由于焚烧塑料会使部分塑料产生有毒物质，对于环境的污染较大，一般不建议使用直接焚烧手段进行回收处理。相比之下，化学分解回收就比较环保，且适用于目前大部分可降解塑料，被众多国家和企业使用。

结束语

在我国全民环保的浪潮下，塑料的回收再利用对我国实施绿色发展战略具有重要的意义。政府和环保研究机构要加大塑料研究资金的投入，积极研发不同类型实用且无污染的可降解塑料，规范废旧塑料的分离、回收流程环节，提高塑料的回收再利用效率和质量。

参考文献

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