通过突破性创新消除微塑料

Angelica Buan 在这份材料新闻报道中说，日益严重的全球微塑料问题促使行业专家和公司开发新的方法来消除环境中的微塑料。

空气中的有害健康颗粒

这不是典型的好莱坞电影效果，但从天而降的微塑料是真实的——应该认真对待。最近的研究表明，微塑料不再只集中在海洋中。被填埋或进入海洋的管理不善的废物分解成小块，并在大气中循环。

康奈尔大学和犹他州立大学的研究人员最近进行的一项研究表明，来自海洋、道路和农业土壤的微塑料通过机械过程被清除到大气中。空气中 2.5 微米或更小的微塑料从城市地区飘到偏远地区。该研究发表在美国国家科学院院刊 (PNAS) 上，发现这种塑料循环类似于水或氮的生物地球化学循环。

佛罗里达州立大学 (FSU) 的研究人员进行的一项研究补充说，吸入污染物肯定对健康有害。该研究发表在毒理学化学研究中，称接触微塑料，即使只有几天，也可能会破坏肺的细胞功能。由 FSU 化学和生物化学教授 Amy Sang、研究专家 Joan Hare、博士生 Kerestin Goodman 和 Timothy Hua 以及前 FSU 研究生 Zahraa Khamis 领导的团队，将培养皿中的肺细胞暴露于少量 PS 中，通常使用一次性物品。

实验表明，微塑料可以减缓肺细胞的新陈代谢和生长；以及改变形状。还发生了去簇，因此在通常是实心细胞片中存在间隙。此外，塑料向细胞核的快速迁移导致微塑料颗粒在细胞核周围形成一个环，这引起了后续研究的关注。

他们说，这些发现可能有助于了解微塑料的影响，特别是对于患有肺癌、哮喘、肺气肿、肺炎、纤维化或慢性阻塞性肺病 (COPD) 等呼吸系统疾病的个体。

该团队还补充说，虽然实验将肺细胞暴露于常见的微塑料环境水平，但它们直接暴露于液体溶液中的细胞。研究人员说：“吸气和呼气的过程无法模仿，并且可能会影响一个人吸入和摄入的量。”

用微生物消除微塑料

研究人员发现了从环境中去除微塑料的各种途径，从部署微生物以捕获塑料颗粒到从源头过滤微塑料，尤其是从已发现微塑料含量高的废水中。

在微塑料日益严重的生态威胁中，来自香港理工大学的一组研究人员开发了一种使用铜绿假单胞菌设计的生物膜来捕获微塑料的解决方案，铜绿假单胞菌已被发现定植于环境中的微塑料。粘性外聚合物（EPS）生物膜在生物反应器中聚集微塑料，从而促进微塑料的收集和回收。研究结果证明了生物膜在废水处理厂中的潜力，以防止微塑料泄漏到海洋中。研究人员还观察到，工程生物膜显示出在遏制从污水管道收集的海水样本中的微塑料污染方面的潜在应用。

同样，加拿大国家科学研究所 (INRS) 的专家开发了一种废水电解处理方法，可从源头降解微塑料。该研究发表在《环境污染》杂志上。

由 Patrick Drogui 教授领导的这项研究使用电解氧化测试了人工污染 PS 的样品水，发现该过程的降解效率可以达到 89%。重要的是，该技术不需要化学品或涉及污染物的物理隔离。

他们说，电极会产生羟基自由基，攻击微塑料，并补充说该技术能够降解二氧化碳和水分子中的颗粒。该团队的下一步是在真实的水中测试该过程，据他们称，水中含有其他物质，如碳和磷酸盐，这些物质会阻碍氧化并影响降解过程。

提高塑料生物降解性的突破性工艺

可分解高达 98% 的可堆肥塑料，
可堆肥和可生物降解的塑料被吹捧为解决塑料废物污染的合理解决方案。但是这些环保材料的降解过程不同。有些生物降解缓慢，而有些则分解成塑料碎片，或者根本不分解。这些类别下也有需要工业堆肥的塑料。据专家介绍，可生物降解塑料仍然可以改进，这样它们就不会产生微塑料。

加州大学伯克利分校和马萨诸塞大学阿默斯特分校的科学家在国防部陆军研究办公室资助的一个项目中，开发了一种酶激活的可堆肥塑料，可以分解高达 98%，只需加热和水，并在几周内。新工艺包括在塑料生产过程中将食用聚酯的酶嵌入塑料中。

加州大学伯克利分校材料科学与工程教授、发表在《自然》杂志上的研究的资深作者 Ting Xu 解释说，这些酶受到一种简单的聚合物包裹的保护，该包裹由称为随机杂聚物或 RHP 的分子组成，可防止酶解开并变得无用.

当暴露于热和水时，酶会丢弃其聚合物外壳并开始啃食塑料聚合物，将其还原为构建块。在可再生材料衍生的聚乳酸 (PLA) 的情况下，它被还原为乳酸，可以在堆肥中喂养土壤微生物。聚合物包裹物也会降解。因此，该过程消除了微塑料。徐说，这项新技术理论上应该适用于其他类型的聚酯塑料，有可能制造出可堆肥的塑料容器。该团队正在开发可降解其他类型聚酯塑料的 RHP 包裹酶。 Xu 还在修改 RHP，以便可以将降解编程为在特定点停止而不是完全破坏材料，这是一种将塑料重新熔化以将其回收成新塑料的有用技术。

此外，程序化退化可能是回收许多对象的关键。例如，用可生物降解的胶水固定在一起的计算机电路或电子设备可以被溶解，这样设备就会分崩离析，所有部件都可以重新使用或重新利用。

寿命更长的塑料部件可抑制微塑料

近 23% 的全球能源消耗可归因于摩擦损失。因此，减少摩擦的部件代表了对节约资源和实现气候保护目标的重要贡献。就塑料而言，减少摩擦也可以减少环境中的微塑料。

随着填充塑料液体润滑剂的微胶囊的开发，波茨坦弗劳恩霍夫应用聚合物研究所 IAP 和维尔茨堡塑料中心 SKZ 正在支持这些目标。他们的自润滑塑料可减少高达 85% 的磨损。自2021年3月起，成功的研究项目已持续两年。

无论是推拉门、层压板、塑料齿轮还是其他移动部件 – 有各种材料会受到摩擦的应用。因此，塑料制造商有时会在塑料中加入固体润滑剂以减少部件磨损。然而，适用于塑料加工的固体润滑剂数量相对较少。相比之下，液体润滑剂的范围要广泛得多，其中一些更有效。通过合作，两个研究机构成功地封装了液体润滑剂，将它们作为功能性物质掺入聚合物中，然后在组件中开发液体润滑剂的所有优点。

“我们设法使用双螺杆挤出机将充满液体润滑剂的 ​​Fraunhofer IAP 微胶囊加入到热塑性塑料中。具有挑战性的任务是在高温下将微胶囊与热塑性塑料混合而不损坏胶囊。仅当发生摩擦时SKZ 材料开发组研究员 Moritz Grünewald 解释说：“在最终组件中，胶囊应破裂并释放润滑剂。这允许组件自动润滑自身。我们的摩擦和磨损测试表明，磨损减少了到 85% 的塑钢配对。因此，组件的使用寿命明显更长，产生的微塑料更少。”

基于这些结果，材料系统正在进一步优化以用于潜在应用。现在的开发重点是改善自润滑塑料的机械和热性能。

额外使用增强材料如纤维旨在使自润滑塑料在机械上更加稳定。在该项目中，研究人员调查哪种类型的纤维最适合此目的，以及如何将微胶囊最佳地粘合到塑料基质上。此外，胶囊也将被加入到更高熔点的塑料中，以进一步拓宽技术应用的可能性。为此，项目合作伙伴正在密切合作开发更稳定的胶囊壁材料。

研究人员表示，来自行业的大量调查凸显了对具有优化摩擦和磨损性能的新型塑料的需求。微囊化技术在这方面对公司来说具有主要优势：现在可以将范围广泛的液体和高级润滑剂用作具有按需释放特性的内部润滑剂。

该项目由一个委员会组成，该委员会包括来自塑料行业各个领域的公司、润滑剂制造商和微胶囊制造商，并且还向更多合作伙伴开放。