[發明專利]一種印度谷螟幼蟲降解聚乙烯塑料的方法

無效

• 申請號: 200910241206.2
• 申請日: 2009-11-25
• 公開（公告）號: CN101717525A
• 公開（公告）日: 2010-06-02
• 發明（設計）人: 宋怡玲;楊軍;秦小燕;潘洪
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C08J11/10
• 分類號: C08J11/10;C08F10/02;A01K67/033
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;盧紀

技術領域

本發明涉及生物領域，更具體的說是一種利用印度谷螟幼蟲降解聚乙烯塑料的方法。

背景技術

聚乙烯塑料由于其經濟、方便和穩定性好，被廣泛用于國民經濟和人類生活的各個方面，但同時也帶來了嚴重危害生態環境的“白色污染”。據估計全球塑料廢物正以每年4000萬噸的速度在環境中積累，中國估計為200萬噸。

聚乙烯是線性的飽和碳氫化合物，在結構上與石蠟和長鏈烷烴類似。聚乙烯生物降解的難易程度直接與其分子量有關，支鏈及20碳以上的烷烴很難被生物降解。塑料在土壤中完全被微生物同化，降解成CO₂和水實現無機礦化，需要200～400年時間，從而造成在環境中的積累[參照文獻：Chiellini，E.，Corti，A.&Swift，G.Biodegradationof?thermally-oxidized，fragmented?low-density?polyethylenes.Polym.Degrad.Stab.81，341-351(2003)]。目前，絕大多數聚乙烯廢物采用焚燒處理，但是會產生大量有毒氣體，包括CO、HCl、NOx、SO₂、二惡英等。因此尋求塑料各種降解途徑并研究其降解機理，解決由于塑料引起的環境污染問題已迫在眉睫[參照文獻：Reddy?C.S.K.，Ghai?R.，Rashmi?&?Kalia?V.C.Polyhydroxyalkanoates：an?overview.Bioresour.Technol.87，137-146(2003)]。

聚乙烯的生物降解非常緩慢，原因是其分子量過大(50,000~1,000,000g/mol)，疏水性強，塑料的表面能過低。所以為了促進塑料生物降解，設計生產了許多改性塑料，如：①光降解塑料，它在高分子材料中添加過渡金屬絡合物等光敏劑，或引入-C＝O、-CHO等光敏基團，利用太陽光紫外線作用產生自由基使聚合物分子鏈斷裂而導致其失去機械強度和改變結構，從而達到降解目的；②添加型生物降解塑料，它是將淀粉、纖維素等易被微生物降解或利用的物質，加到聚合物分子鏈上。黃曲霉、鏈霉菌等微生物分泌水解酶，可以分解其中作為碳源的淀粉，使聚乙烯降解成小分子；再由真菌或細菌降解利用[參照文獻：Chandra，R.&?Rustgi，R.Biodegradation?of?maleated?linearlow-density?polyethylene?and?starch?blends.Polym.Degrad.Stab.56，185-202(1997)]；③近年來發展的光/生物降解聚乙烯，是兼備光降解和生物降解雙重功能的一類新型可降解塑料^[5]。④用微生物發酵技術直接合成生物可降解高分子塑料，主要是聚羥基烷酯(PHAs)，最常見的是聚羥基丁酸酯(PHB)和聚羥基戊酸酯(PHV)等脂肪族聚酯塑料[參照文獻：Albertsson，A.-C.，Barenstedt，C.，Karlsson，S.，et?al.Degradation?product?pattern?and?morphology?changes?as?means?to?differentiateabiotically?and?bioti

微生物在聚乙烯表面形成菌落生長非常緩慢。因此在生物降解前需對塑料進行預處理，以增加表面能和加快表面氧化，形成-OH，-C＝O，-CHO，-COOH，-COOC-等活性基團，常用的預處理方法有熱氧化、光氧化和冠狀放電法等，提高聚乙烯表面親水性，利于微生物吸附[參照文獻：Hakkarainen，M.&?Albertsson，A.C.Environmental?Degradationof?Polyethylene.Adv.Polym.Sci.169，177-199(2004)]。

聚乙烯生物降解過程中關鍵的氧化步驟目前發現有下列4種主要代謝途徑[參照文獻：Watanabe?M.，Kawai?F.，Shibata?M.，et?al.Computional?method?for?analysisof?polyethylene?biodegradation.Journal?of?computational?and?appliedmathematics，2003，161：133-144]：

(1)末端氧化：RCH₃→RCH₂OH→RCHO→RCOOH。此方式以假單胞菌為代表，并以脂肪酸β氧化途徑代謝。