聚乙烯的生物降解 - 厦门大学化学化工学院

现况
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我国目前使用的塑料制品的降解时间至少需 要200年，一般的大超市都使用环保型可降解塑 料袋，虽然它的降解速度快一些，但大约也需时 10年 目前，美国对这项降解技术的开发研究处于领 先地位，欧洲居次，日本第三。中国还处于实验 阶段，还无法做到大规模的使用。

这些年来的研究成果
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为了促进塑料生物降解，根据已知的降解机理， 设计生产了许多改性塑料。主要有以下2种： 光降解塑料，它在高分子材料中添加过渡金属络 合物等光敏剂，或引人一C=0、一CHO等光敏基团， 利用太阳光紫外线作用产生自由基使聚合物分子链断 裂而导致其失去机械强度和改变结构，从而达到降解 目的 添加型生物降解塑料，它是将淀粉、纤维素、脂 肪酸等易微生物降解或利用的物质进行憎水化表面处 理后，与聚合物共混或接枝到聚合物分子链上所制成. 黄曲霉、链霉菌等微生物分泌水解酶，可以分解其中 作为碳源的淀粉，使聚乙烯降解成小分子，再由真菌 或细菌降解利用。
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光/生物降解聚乙烯
几近年来发展较快的光/生物降解聚乙 烯，是兼备光降解和生物降解双重功能的 一类新型可降解塑料.其制备方法是在高 分子中同时引人微生物培养基、光敏剂和 自氧化剂等助剂。
生物降解
聚乙烯的生物降解：微生物或酶切断聚合物分子链，使其在 土壤中完全被微生物同化，降解成CO2和水实现无机矿化．
研究目标
开发出一种在使用过程中可以保证其各项 使用性能，而一旦用完废弃后，可被环境中的 微生物分解，从而完全进入生态循环的塑料。 同时，这种塑料的生产成本较低，具有相应的 经济性。如果是这样的生物分解性塑料，在使 用后就可与普通生物垃圾一起堆肥，而不必花 费很大代价进行收集、分类和再生处理。而且， 分解产物进入生态循环，不产生资源浪费问题。
自然中此过程非常缓慢： 原因： １．分子量过大-------较快降解的条件：聚合物的分子量小于600 ２．疏水性强---------生物降解是O2、水分、热和微生物协同作用 ３．塑料的表面能过低-------粘性低，不利于微生物的吸附
预处理
微生物在聚乙烯表面形成菌落生长非常缓慢， 因此生物降解前需对塑料进行预处理，以增加表 面能和加快表面氧化，形成一OH，一C=0，一 CHO，一COOH，一COOC一等活性基团，常用 的预处理方有热氧化、光氧化和冠状放电法等.聚 乙烯的氧化过自由基反应，在前氧化过程中，最 初的产物是羟基过氧化物，它能导致链的断裂和低 分子量氧化物如梭酸、醇、酮及低分子量烷烃的 生成，过氧化作用还提高聚乙烯表面亲水性，利 于微生物吸附。
z 塑料废弃物是目前最严重的固体废物污染 问题，它正以每年4000万 t的速度在环境中 积累，而塑料在自然界几乎完全不能被生 物降解和参加物质循环，所以从不同方式 提高其生物降解效率一直是重要的研究方 向.
处理方法
目前，绝大多数聚乙烯废物采用焚烧处理，但是 会产生大量有毒气体，包括CO、HCI、NOX、SO2、 二嗯英等。 采用回收再用的方法，由于耗费人工，回收成本 高，且缺乏相应的回收渠道，目前世界回收再用仅 占全部消费量的15%左右。 因此寻求塑料的各种降解途径并研究其降解机理， 解决由于塑料引起的环境污染问题已迫在眉睫。
需要开展的几个研究方向
(1)开拓聚乙烯降解的生物研究种类.不能 只局限于微生物，其它较高级的生物如鳞 翅目昆虫、白蚁，海洋中的蛀船虫和钻孔 蚌也能侵蚀聚乙烯和海电缆. (2)分离并克隆能产生活性基团的关键酶 及其因.如能够氧化聚乙烯的细胞色素 P450等单加酶. (3)加强无添加剂的聚乙烯生物降解研究. 因为造成的问题更加严重，埋于土壤中的 聚乙烯 10a量只减少0.2%.
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生物对塑料降解的过程初步可以分为4个阶段:
①生物黏附侵蚀塑料; ②塑料经过生物氧化作用或酶水解成低聚物片段;（关键步骤） ③塑料聚合键断裂，形成脂肪酸； ④脂肪酸的生物代谢利用，最终分解成为CO２和水.
聚乙烯生物降解过程中关键的氧化步骤目前有下列4种生物代谢途径:
(1)末端氧化 RCH3→RCH2OH→RCHO→RCOOH此方式以假单胞菌为代表，并 以脂肪酸俘途径代谢. (2)两端氧化 H3CRCH3→CH3RCOOH → HOH2CRCOOH → OHCRCOOH → HOOCRCOOH.某些和真菌以此方式氧化，并以脂肪酸 w氧化途谢. (3)次末端氧化 RCH2CH2CH3 → RCH2OC(O)CH3 → RCH2OC(O)C从→ RCH2OH+CH3COOH.诺卡氏菌有此氧化途径. (4)末端过氧化 RCH3 → RCH２·00H → RCO(O)OH → RCHO→ RCOOH，醋 酸杆菌有此代谢途径，它由双加氧酶催化，将底物氧化成正烷基氢过氧， 然后通过过氧酸代谢为相应的醛.
聚乙烯的生物降解
朱钢添 20520062203161 杨凤娇20520062203145 庄佳嘉 20520062203162 张荣跃 20520062203155 詹雪芳 20520062203154

研究意义 研究目标 研究成果 生物降解的一些介绍 研究方向
研究意义
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