两根吸管被一起放到海水里,固定相机记录了它们在海水中的变化。经过9周的时间,右边的吸管竟然整体消失了,而左边的吸管看上去变化不大。视频左边的是普通的可降解塑料,而右边能更快降解的神奇材料,叫PHA。
PHA的英文名为:PolyHydroxyAlkanoates,中文名称叫聚羟基脂肪酸,是一种高分子生物材料,大量的存在微生物细胞特别是细菌细胞中。其中,R是烷基、烃基等,m为3~14的任意数字。因此PHA种类繁多,结构具有多样性。
现在,这种神奇材料已经在餐具、包装袋、纺织品等很多领域开始出现了,它可以成为普通塑料的替代品。这些东西看上去和普通塑料制品并没什么两样,但实际上,神奇材料PHA和普通塑料最大的不同就是,它是由微生物发酵生产出来的,可以完全地自然降解。
根据PHA单体中碳原子数目的不同将PHA分为3类:短链PHA(scl—PHA),含3~5个碳原子;中链PHA(mcl.PHA),含6-14个碳原子;长链PHA(1cl—PHA),多于14个碳原子。
PHA的分子量为1000~1000000,玻璃态温度为-60℃~+60℃,熔点为+40℃~190℃,它对水蒸气和空气中大多数气体的阻隔性能类似于PET。
PHA有一些特殊的性能,包括生物可降解性、生物相容性、环境友好性等。正是由于这些特殊性能的存在,使得PHA拥有许多潜在的应用前景,各国科学家对PHA进行了很多工艺流程开发和具体性能探索。
PHA在淡水中稳定,但可以在海水或者土壤中完全生物降解,并且降解速度较其他生物材料较快,对环境也没有二次污染,可以代替诸多一次性产品的石油塑料作为大多数物品的包装材料。
PHA的最大的特点是,在堆肥、土壤、海水等几乎所有环境中都可以被微生物分解,并且分解后的产物大多都是水和碳基,也不会污染环境。
这个发现在禁塑背景下使PHA在一次性塑料产品领域的呼声渐起,也为一次性塑料替代产品提供了一种绿色可持续发展的思维。
PHA的生物合成主要分为三部分:主要微生物、主要基质、PHA的代谢途径与调控。主要的微生物有产碱杆菌、假单胞菌、甲基营养菌、固氮菌、红螺菌等;主要基质有糖质碳源(葡萄糖、蔗糖、糖蜜、淀粉等)、甲烷、气体H2/CO2/O2、烷烃及其衍生物等。
PHA是由很多细菌合成的一种胞内聚酯,在生物体内主要是作为碳源和能源的贮藏性物质。
与纯菌种合成PHA相比,利用混合菌群合成PHA有很多优点,例如在驯化过程中混合菌群的选择基于生态原理,菌种稳定,为PHA的工业化生产创造了前提。
混合菌种对工艺的适应性强,工艺控制简单,无需灭菌消毒提供纯种环境,从而降低了工艺运行成本;混合菌种可以适应多种不同底物,从而扩大底物的选择范围,为混合底物应用于生产打下了良好的基础。
PHA的基本性能与聚丙烯相似,可在传统塑料加工机械上进行拉丝、模压、热注塑加工成型,可代替绝大部分石油基塑料原料,广泛应用于农业、环保、生物化工、微电材料、能源、医药、医用材料等领域。
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