把木材变成可循环、可降解的塑料

许多塑料水瓶

塑料是世界上最大的污染源之一,需要数百年的时间才能在自然界中降解。由YSE教授姚远和马里兰大学的胡良兵领导的一个研究团队,已经从木材副产品中创造了一种高质量的生物塑料,他们希望能够解决世界上最紧迫的环境问题之一。

从石化塑料转向可再生和生物降解塑料的努力已被证明是棘手的——生产过程可能需要有毒的化学物质,而且价格昂贵,而且机械强度和水稳定性往往不足。但研究人员在使用木材副产品方面取得了突破,这显示出生产更持久和可持续的生物塑料的希望。

一项发表在自然的可持续性由耶鲁大学环境学院(YSE)工业生态与可持续系统助理教授姚远共同撰写的论文,概述了将天然木材的多孔基质分解成浆料的过程。研究人员表示,这种材料具有较高的机械强度、稳定性和抗紫外线性能。也可以在自然环境中回收或安全地生物降解,与石油基塑料和其他生物降解塑料相比,其生命周期对环境的影响较低。

姚说:“有很多人尝试过在塑料中开发这类聚合物,但机械链不足以取代我们目前使用的塑料,而塑料主要由化石燃料制成。”“我们已经开发了一种直接而简单的制造工艺,既可以从木材中生成以生物质为基础的塑料,也可以生成具有良好机械性能的塑料。”

为了制造这种浆料混合物,研究人员使用了一种木材粉末——一种通常被木材加工厂丢弃的加工残留物——并用一种生物可降解和可回收的深层共晶溶剂(DES)解构了粉末的疏松多孔结构。再生木质素与纤维素微/纳米原纤之间存在纳米级纠缠和氢键,固含量高、粘度高,可进行铸轧而不断裂。

“我们已经开发了一种直接而简单的制造工艺,既可以从木材中生成以生物质为基础的塑料,也可以生成具有良好机械性能的塑料。”—姚源,工业生态与可持续系统助理教授

然后,姚领导了一项全面的生命周期评估,以测试生物塑料对普通塑料的环境影响。生物塑料薄片埋入土壤中,两周后破裂,三个月后完全降解;此外,研究人员表示,生物塑料可以通过机械搅拌分解成泥浆,这也允许DES被回收和重复使用。

姚说:“对我来说,这才是这些塑料的真正优点:它们都可以回收或生物降解。”“我们尽量减少了所有进入大自然的材料和废物。”

马里兰大学材料创新中心教授、论文合著者胡良兵说,生物塑料有很多应用。它可以被模压成可用于塑料袋和包装的薄膜——这是塑料的主要用途之一,也是产生废物的原因。胡还说,由于生物塑料可以被塑造成不同的形状,它在汽车制造方面也有潜在的应用前景。

研究小组继续调查的一个领域是,如果扩大这种生物塑料的生产,对森林的潜在影响。虽然目前在生产过程中使用木材副产品,但研究人员说,他们敏锐地意识到大规模生产可能需要使用大量木材,这可能对森林、土地管理、生态系统和气候变化等方面产生深远的影响。

姚说,研究小组已经开始与一位森林生态学家合作,创建森林模拟模型,将森林的生长周期与生产过程联系起来。她还看到了一个与易思森林相关领域工作人员合作的机会——一种罕见的便利。

“工程师能在大厅里和护林员交谈的情况并不多见,”姚说。

姚思宇是工业生态学领域的新兴学者,去年加入了易思宇学院。她的研究考察了新兴技术和工业过程对环境和经济的影响。将工业生态学、可持续工程和系统建模等领域的跨学科方法结合起来,开发出促进更可持续工程方法和政策的技术。

参考:《一种强降解、可循环利用的木质纤维素生物塑料》作者:夏勤勤,陈朝基,姚永刚,李建国,何帅明,周玉兵,李腾,潘学军,姚源,胡良兵,2021年3月25日自然的可持续性
DOI: 10.1038 / s41893 - 021 - 00702 - w

1评论关于“把木材变成可循环、可降解的塑胶”

  1. 听起来不错…

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