當(dāng)前，塑料污染已經(jīng)成為地球上直逼氣候變化的另一重大威脅，因?yàn)樗诩眲《豢赡娴匚廴久恳环N自然系統(tǒng)，并危及越來(lái)越多的生物。
長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直聚焦于陸地上土壤環(huán)境中的塑料污染，而對(duì)地球的另一組成部分——海洋中的塑料污染問(wèn)題卻很少關(guān)注。事實(shí)上，海洋塑料垃圾污染以及它們對(duì)于海洋生態(tài)環(huán)境造成的危害已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們的想象。
海洋塑料垃圾污染有多嚴(yán)重？
全球每年塑料廢棄物超過(guò)3000萬(wàn)噸，其中有超過(guò)2000萬(wàn)噸的塑料垃圾被直接丟棄或從陸地通過(guò)河道、風(fēng)力最終進(jìn)入海洋。
圖1 海洋“塑料垃圾島”(圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò))
目前，幾乎所有類(lèi)型的塑料都已經(jīng)在海洋中找到，其中80%以上是尼龍(PA)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)等非降解樹(shù)脂材料，它們?cè)诤Ｋ惺芄?、風(fēng)化、渦流機(jī)械和生物群的不斷作用，最終形成直徑小于5毫米的“微塑料”(plastic debris)。
圖2 受困于塑料垃圾中的海獅(圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò))
在之后長(zhǎng)達(dá)幾十年甚至幾百年的時(shí)間里，大量塑料微粒不斷積累，從赤道至兩極，從淺海到深海，遍布整個(gè)海洋。高密度且廣泛分布的塑料微粒已使無(wú)數(shù)海鳥(niǎo)、魚(yú)和其他海洋生物受滅頂之災(zāi)，并正在逐漸通過(guò)食物鏈將毒素帶到人類(lèi)的餐桌。在歐洲，一名海鮮食客一年中通過(guò)海產(chǎn)品攝入的塑料微?？赡芨哌_(dá)1.1萬(wàn)粒。
圖3 含有塑料微粒的牡蠣(圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò))
與陸地上的白色污染治理不同，受海洋特殊水域環(huán)境限制，人們幾乎無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)打撈方式對(duì)這些細(xì)小的塑料微粒進(jìn)行廣泛收集和處理。因此，海洋塑料污染的治理日益緊迫但困難重重。
開(kāi)發(fā)和使用能在海洋環(huán)境中能自行降解的塑料制品，替代PP、PA、PS等難降解塑料制品，是目前公認(rèn)的解決這一問(wèn)題最根本和唯一有效的途徑。
海水降解材料的研發(fā)難在哪兒？
目前，國(guó)際上海水降解材料的相關(guān)研究才剛剛起步，很多人盲目地寄希望于生物降解材料來(lái)解決海洋中塑料污染問(wèn)題。
中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所工程塑料國(guó)家工程研究中心長(zhǎng)期從事降解塑料的開(kāi)發(fā)、產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用研究，針對(duì)當(dāng)前日益嚴(yán)峻的海洋塑料污染問(wèn)題，在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展了海水降解材料研究。
該工程中心主任季君暉研究員介紹說(shuō)，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外環(huán)保意識(shí)逐漸增強(qiáng)，各地“禁塑令”逐步推廣。聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)及其共聚酯(PBAT)、聚己內(nèi)酯(PCL)和聚羥基烷酸酯(PHAs)等商品化生物降解材料，在土壤和堆肥中有良好的生物降解性能，已經(jīng)在眾多領(lǐng)域中替代了不可降解的通用塑料，一定程度上緩解了陸地上的白色污染。
圖4 中科院理化所全生物降解塑料制品
然而，聚酯材料堆肥降解的本質(zhì)是聚合物在微生物分泌酶作用下發(fā)生的酶促水解反應(yīng)。環(huán)境中微生物種類(lèi)、數(shù)量、溫度等需要滿(mǎn)足一定的要求才能得到快速降解。
與陸地環(huán)境相比，海洋環(huán)境以富含水、高鹽、高壓、低溫、流動(dòng)和稀營(yíng)養(yǎng)為特征。海洋微生物數(shù)量除了近海區(qū)密度略大外，大洋海水中微生物密度都較小，平均一般為每毫升幾個(gè)至幾十個(gè)，與堆肥降解過(guò)程中每升土壤中數(shù)數(shù)以?xún)|計(jì)的微生物數(shù)量相比，幾乎可以忽略。不同的降解環(huán)境和降解條件使得脂肪族聚酯材料在海水中的降解性能與堆肥過(guò)程有明顯差異。
顯然，現(xiàn)有的生物降解材料及其研究成果并不能直接應(yīng)用于海水降解材料的開(kāi)發(fā)。以PLA(聚乳酸)為例，堆肥條件下，PLA樣條50天左右失重達(dá)到70%;但是在25℃海水中放置1年也沒(méi)有觀察到明顯失重，GPC測(cè)試表明分子量無(wú)明顯變化。
該工程中心負(fù)責(zé)海水降解材料開(kāi)發(fā)的王格俠博士同時(shí)表示，通過(guò)對(duì)典型生物降解材料在不同模擬水體環(huán)境中的降解實(shí)驗(yàn)，我們已經(jīng)對(duì)海水降解過(guò)程和堆肥降解過(guò)程兩種機(jī)理有了初步的認(rèn)識(shí);對(duì)于典型生物降解聚酯材料在海水和淡水中降解周期有了初步掌握。
研究結(jié)果表明，目前的生物降解聚酯材料在海水中降解性能與堆肥中有較大差異，海水中很難具備生物降解條件，因而大多數(shù)聚酯材料在海水中降解周期非常緩慢，甚至難以降解。聚酯材料在堆肥過(guò)程微生物分泌酶作用下發(fā)生的酶促水解反應(yīng);而海水降解則更傾向于高鹽復(fù)雜水體環(huán)境中的非酶促水解反應(yīng)。海水降解過(guò)程受聚酯材料鏈段結(jié)構(gòu)、結(jié)晶性能，以及水體中鹽度、溫度的影響巨大。
總體來(lái)說(shuō)，人們已經(jīng)清楚認(rèn)識(shí)到了目前使用的難降解的塑料制品對(duì)于海洋生態(tài)環(huán)境帶來(lái)的巨大破壞，并正在積極開(kāi)展海水降解材料的研究來(lái)改善這一狀況。
但正如在陸地上實(shí)行“禁塑令”使用完全生物降解塑料制品代替通用塑料的進(jìn)展緩慢一樣，開(kāi)發(fā)使用可海水降解的塑料制品來(lái)防治海洋塑料污染才剛剛開(kāi)始，單一聚酯類(lèi)生物降解材料并不能直接應(yīng)用于海水中有效解決海洋塑料污染問(wèn)題。
海水降解材料研究需要在現(xiàn)有生物降解材料基礎(chǔ)上構(gòu)建新的材料體系，可以說(shuō)是，任重道遠(yuǎn)。
關(guān)鍵詞： 污染 生態(tài)環(huán)境 可持續(xù)發(fā)展
責(zé)任編輯：Rex_07
