- Tham gia
- 25/11/2012
- Bài viết
- 351
(kenhsinhvien.vn) Về mặt lý thuyết, công nghệ mới này chì nên áp dụng cho các loại nhựa polyeste khác, có thể tạo ra hộp nhựa phân huỷ hữu cơ, hiện nay vốn được làm từ polyetylen, một loại polyolefin không phân huỷ.
Enzim ăn polyme pha vào nhựa giúp quá trình phân huỷ diễn ra theo kế hoạch
Nhựa phân huỷ sinh học lâu nay được quảng cáo như một giải pháp cho vấn đề ô nhiễm rác thải nhựa đang hoành hành trên thế giới, nhưng các túi nhựa, đồ bếp và nắp ly “có thể phân huỷ hữu cơ” ngày nay thì lại không phân huỷ trong quá trình ủ phân hữu cơ mà còn làm ô nhiễm các loại nhựa tái chế khác, khiến cho các nhà tái chế đau đầu. Hầu hết nhựa phân huỷ hữu cơ được làm chủ yếu từ polyeste polylactic axit, hay PLA, cuối cùng được đưa vào các bãi chôn lấp và tồn tại vĩnh viễn không khác gì nhựa.
Các nhà khoa học của Đại học California, Berkey hiện nay đã phát minh ra cách khiến loại nhựa phân huỷ hữu cơ này phân huỷ dễ dàng hơn chỉ với nước nóng trong vòng vài tuần, giải quyết được vấn đề khiến cho ngành công nghiệp nhựa và những người bảo vệ môi trường lúng túng.
Một mảnh nhựa biến tính (trái) phân huỷ chỉ sau 3 ngày trong phân ủ hữu cơ tiêu chuẩn (phải) và phân huỷ hoàn toàn sau 2 tuần. Ảnh: Christopher DelRe, UC Berkeley
“Người ta hiện đã sẵn sàng chuyển sang dùng polyme phân huỷ sinh học cho nhựa dùng một lần, nhưng nếu nó tạo ra nhiều vấn đề hơn là mang lại giá trị, thì chính sách có lẽ nên rút lại,” Ting Xu nói, cô là giáo sư khoa học vật liệu, kỹ thuật và hoá học của UC Berkeley. “Về cơ bản, chúng tôi cho rằng mình đang đi đúng hướng. Chúng tôi có thể giải quyết vấn đề dai dẳng này về nhựa sử dụng một lần không thể phân huỷ sinh học.”
Về mặt lý thuyết, công nghệ mới này chì nên áp dụng cho các loại nhựa polyeste khác, có thể tạo ra hộp nhựa phân huỷ hữu cơ, hiện nay vốn được làm từ polyetylen, một loại polyolefin không phân huỷ. Xu cho rằng nhựa polyolefin tốt hơn hết nên được chuyển thành các sản phầm có giá trị cao hơn, chứ không phải là để làm phân hữu cơ, và cô đang tìm cách để biến đổi nhựa tái chế polyolefin để tái sử dụng.
Một sợi nhựa kéo chảy PCL (polycaprolactone) được nhúng các khối nano enzim lipase được bao phủ bằng RHP gần như phân huỷ hoàn toàn thành các phân tử nhỏ trong vòng 36 giờ trong nước ấm 40 độ C. Ảnh: Christopher DelRe, UC Berkeley
Quy trình mới này bao gồm việc pha enzim ăn polyeste vào nhựa lúc sản xuất. Các enzim này được bảo vệ bởi một lớp màng polyme đơn giản ngăn enzim tháo xoắn và trở nên vô dụng. Khi tiếp xúc với nước nóng, enzim thoát ra khỏi lớp màng polyme và bắt đầu “ăn” polyme nhựa thành các đoạn nhỏ - trong trường hợp của PLA, là khử chúng đến axit lactic, chất có thể nuôi các vi sinh vật đất trong phân hữu cơ. Lớp màng polyme cũng phân huỷ theo.
Quá trình này loại bỏ vi nhựa, một phụ phẩm của nhiều quy trình phân huỷ hoá học và là một chất tự gây ô nhiễm. Có đến 98% nhựa được sản xuất theo kỹ thuật của Xu phân huỷ đươc thành các phân tử nhỏ.
Một trong số những đồng tác giả, cựu nghiên cứu sinh tiến sĩ Aaron Hall của UC Berkeley, đã thành lập công ty con để phát triển thêm những loại nhựa phân huỷ sinh học này.
Sản xuất nhựa tự huỷ
Nhựa không được tạo ra để phân huỷ trong sử dụng thông thường, nhưng điều đó cũng đồng nghĩa chúng sẽ không phân huỷ khi bị vứt. Nhựa bền nhất có cấu trúc phân tử gần giống tinh thể, với các sợi polyme xếp thẳng hàng chặt chẽ đến mức nước không thể thấm vào, chứ đừng nói đến vi khuẩn có thể “ăn” polyme, vốn là các phân tử hữu cơ.
Các enzim như lipase (quả bóng xanh lá) có thể phân huỷ polyme nhựa từ bề mặt (góc trên bên trái), nhưng chúng lại cắt chuỗi polyme một cách ngẫu nhiên, để lại các vi nhựa (góc trên bên phải). Một nhóm nghiên cứu của UC Berkeley đã pha enzim vào trong nhựa (góc dưới trái), được bảo vệ bởi các khối nano (chuỗi quả bóng màu). Các enzim đã pha được cố định gần cuối chuỗi polyme, và dưới điều kiện nhiệt độ và độ ẩm thích hợp, sẽ phân huỷ các phân tử polyme từ cuối chuỗi. Kỹ thuật này giữ lại tính toàn vẹn của nhựa trong quá trình sử dụng, nhưng khi người dùng kích hoạt quá trình khử hoá polyme, nhựa sẽ chuyển hoá từ từ hết thành phụ phẩm phân tử nhỏ có thể tái chế. Ảnh: Christopher DelRe
Ý tưởng của Xu là pha enzim ăn polyme kích thước nano trực tiếp vào nhựa hoặc một chất liệu khác theo cách cô lập và bảo vệ chúng cho đến khi điều kiện thích hợp giải phóng chúng. Năm 2018, cô đã cho thấy cách chúng hoạt động trong thực tế. Cô và nhóm UC Berkeley của mình đã pha vào một tấm chiếu sợi một loại enzim phân huỷ các chất hoá học organophosphate độc hại, giống các chất trong thuốc diệt côn trùng và hoá chất chiến tranh hoá học. Khi tấm chiếu ngập trong hoá chất, enzim được pha đã phân huỷ organophosphate.
Cải tiến then chốt của cô là cách bảo vệ enzim khỏi phân huỷ, vì protein thường phân huỷ khi ở ngoài môi trường bình thường của chúng, như trong tế bào sống. Cô thiết kế các phân tử gọi là polyme dị trùng ngẫu nhiên, hay RHPs, bao bọc quanh enzim và giữ nhẹ chúng lại với nhau mà không làm hạn chế tính linh hoạt tự nhiên vốn có. RHPs được tạo thành từ 4 loại monome, mỗi loại có các đặc tính hoá học được thiết kế để tương tác với các gốc hoá học trên bề mặt của enzim cụ thể. RHPs phân huỷ dưới ánh sáng cực tím và tồn tại với nồng độ dưới 1% trọng lượng của nhựa – đủ thấp để không gây vấn đề.
Đối với nghiên cứu được đăng trên tạp chí Nature, Xu và nhóm của mình đã sử dụng cùng một kỹ thuật, bao phủ enzim trong RHPs và pha hàng triệu hạt nano này vào khắp các hạt nhựa dẻo vốn là khởi điểm cho mọi quá trình sản xuất nhựa. Cô đối chiếu quy trình này với việc pha chất nhuộm màu nhựa để tạo màu cho chúng. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng enzim được phủ RHP không thay đổi tính chất của nhựa, chúng vẫn có thể bị nung chảy và kéo sợi như nhựa polyeste bình thường ở nhiệt độ khoảng 170 độ C.
Một tấm màng nhựa PLA (polylactic axit) lúc mới được đặt vào phân hữu cơ (trái) và sau một tuần trong phân hữu cơ (phải). Nhựa PLA được pha với enzim có thể phân huỷ sinh học thành các phân tử đơn giản, khiến phương pháp này trở thành giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho nhựa không phân huỷ. Ảnh: UC Berkeley, Adam Lau/Berkeley Engineering
Để kích hoạt quá trình phân huỷ, chỉ cần thêm vào một chút nước nóng. Ở nhiệt độ phòng, 80% sợi nhựa PLA biến tính bị phân huỷ hoàn toàn trong vòng khoảng một tuần. Quá trình phân huỷ nhanh hơn nếu nhiệt độ cao hơn. Trong điều kiện ủ phân hữu cơ công nghiệp, PLA biến tính bị phân huỷ trong vòng 6 ngày ở 50 độ C. Một loại nhựa polyeste khác là PCL (polycaprolactone), bị phân huỷ trong 2 ngày trong điều kiện ủ phân hữu cơ công nghiệp ở 40 độ C. Đối với PLA, cô pha enzim proteinase K có thể “ăn” PLA thành các phân tử axit lactic; còn đối với PCL, cô sử dụng lipase. Cả hai đều là những enzim rẻ tiền và có sẵn.
“Nếu chỉ có enzim trên bề mặt nhựa, nó sẽ ăn mòn xuống rất lâu,” Xu nói. “Còn nếu phân bổ với kích thước nano ở khắp mọi nơi để, về cơ bản, mỗi enzim trong số chúng chỉ cần ăn ra các polyme lân cận nó, và sau đó toàn bộ vật liệt sẽ bị phân rã.”
Ủ phân hữu cơ
Quá trình phân huỷ diễn ra nhanh chóng với việc ủ phân hữu cơ của đô thị, thường mất từ 60 đến 90 ngày để biến thức ăn và rác thải cây trồng thành phân hữu cơ sử dụng được. Việc ủ phân hữu cơ công nghiệp ở nhiệt độ cao tốn ít thời gian hơn, nhưng polyeste biến tính cũng phân huỷ nhanh hơn ở nhiệt độ này.
Nghiên cứu sinh Ivan Jayapurna với một màng nhựa mẫu PCL (polycaprolactone), một loại nhựa polyeste mới có thể phân huỷ sinh học. PCL được pha enzim có đặc tính cơ học rất giống với polyetylen mật độ thấp, khiến chúng trở thành giái pháp thay thế đầy hứa hẹn trong tương lai cho nhựa không thể phân huỷ sinh học. Ảnh: UC Berkeley, Adam Lau/Berkeley Engineering
Xu đồ rằng nhiệt độ cao hơn sẽ khiến enzim có phủ màng di chuyển ra xung quanh nhiều hơn, cho phép chúng nhanh chóng tìm ra đầu chuỗi polyme và ăn chúng rồi sau đó di chuyển đến chuỗi kế tiếp. Enzim được bọc RHP cũng có xu hướng liên kết gần với các đầu chuỗi polyme, giữ cho enzim ở gần mục tiêu của nó.
Polyeste biến tính không phân huỷ ở nhiệt độ thấp hoặc trong thời kỳ ẩm thấp ngắn hạn, cô cho biết. Chẳng hạn như một chiếc áo sơ mi được làm từ quy trình này sẽ chịu được mồ hô và giặt rửa ở nhiệt độ vừa phải. Việc ngâm trong nước khoảng 3 tháng tại nhiệt độ phòng không khiến nhựa bị phân huỷ.
Nhưng ngâm trong nước ấm sẽ bị phân huỷ, như cô và nhóm của mình đã chứng minh.
“Hoá ra phân huỷ hữu cơ là chưa đủ - người ta muốn ủ phân hữu cơ trong nhà mà không làm bẩn tay, họ muốn ủ phân trong nước,” cô nói. “Vì thế đó là những gì chúng tôi đã cố gắng làm. Chúng tôi đã dùng nước máy nóng. Chỉ nóng đến nhiệt độ thích hợp, sau đó đặt nó nào, và thấy nó biến mất sau vài ngày.”
Xu đang phát triển những enzim được bọc RHP có thể phân huỷ những loại nhựa polyeste khác, nhưng cô cũng đang chỉnh sửa RHPs để quá trình phân huỷ có thể được thiết lập ngừng lại tại một thời điểm xác định và không phá huỷ hoàn toàn vật liệu. Điều này có lẽ sẽ hữu ích nếu nhựa được nấu chảy lại và chế ra nhựa mới.
Dự án này được hỗ trợ một phần bởi Phòng Nghiên cứu Quân đội của Bộ Quốc phòng, một đơn vị của Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Quân đội của Bộ tư lệnh Phát triển Khả năng Chiến đấu của Quân đội Hoa Kỳ.
“Những kết quả này tạo nền móng cho việc thiết kế hợp lý vật liệu polyeste có thể phân huỷ trong thời gian tương đối ngắn, mang lại lợi thế đáng kể cho hậu cần quân đội liên quan đến việc xử lý chất thải,” Stephanie McElhinny cho biết; ông là tiến sĩ, quản lý chương trình Phòng Nghiên cứu Quân đội. “Nói rộng ra, những kết quả này mang lại cái nhìn sâu sắc về sự kết hợp các phân tử sinh học hoạt hoá vào các vật liệu ở thể rắn, có thể tác động đến nhiều khả năng của quân đội trong tương lai, bao gồm cảm biến, khử nhiễm và vật liệu tự phục hồi.”
Một màng nhựa PLA được pha với enzim để nhanh chóng phân huỷ sinh học trong phân hữu cơ thông thường. Ảnh: UC Berkeley, Adam Lau/Berkeley Engineering
Xu cho rằng quá trình phân huỷ được định sẵn có thể là chìa khoá để tái chế nhiều đồ vật. Thử tưởng tượng, việc sử dụng hồ dán phân huỷ sinh học để lắp ráp các mạch điện máy tính hay thậm chí là toàn bộ điện thoại hoặc các thiết bị điện tử, sau đó khi bạn không dùng nữa, hoà tan hồ để các thiết bị rã ra và tất cả các mảnh nhỏ có thể được tái sử dụng.
“Đối với thế hệ millenial thì tốt hơn là hãy cân nhắc về điều này và bắt đầu một cuộc trò chuyện sẽ thay đổi cách chúng ta kết nối với Trái Đất,” Xu nói. “Hãy nhìn vào tất cả vật dụng chúng ta bỏ đi: quần áo, giày dép, thiết bị điện tử như điện thoại di động và máy vi tính. Chúng ta đang lấy đi nhiều thứ từ hành tinh này với tốc độ nhanh hơn ta có thể hoàn trả lại. Đừng nhìn về Trái Đất để khai thác những vật liệu này, mà hãy khai thác những thứ bạn đang có, và sau đó biến chúng thành món đồ khác.”
Enzim ăn polyme pha vào nhựa giúp quá trình phân huỷ diễn ra theo kế hoạch
Nhựa phân huỷ sinh học lâu nay được quảng cáo như một giải pháp cho vấn đề ô nhiễm rác thải nhựa đang hoành hành trên thế giới, nhưng các túi nhựa, đồ bếp và nắp ly “có thể phân huỷ hữu cơ” ngày nay thì lại không phân huỷ trong quá trình ủ phân hữu cơ mà còn làm ô nhiễm các loại nhựa tái chế khác, khiến cho các nhà tái chế đau đầu. Hầu hết nhựa phân huỷ hữu cơ được làm chủ yếu từ polyeste polylactic axit, hay PLA, cuối cùng được đưa vào các bãi chôn lấp và tồn tại vĩnh viễn không khác gì nhựa.
Các nhà khoa học của Đại học California, Berkey hiện nay đã phát minh ra cách khiến loại nhựa phân huỷ hữu cơ này phân huỷ dễ dàng hơn chỉ với nước nóng trong vòng vài tuần, giải quyết được vấn đề khiến cho ngành công nghiệp nhựa và những người bảo vệ môi trường lúng túng.
Một mảnh nhựa biến tính (trái) phân huỷ chỉ sau 3 ngày trong phân ủ hữu cơ tiêu chuẩn (phải) và phân huỷ hoàn toàn sau 2 tuần. Ảnh: Christopher DelRe, UC Berkeley
“Người ta hiện đã sẵn sàng chuyển sang dùng polyme phân huỷ sinh học cho nhựa dùng một lần, nhưng nếu nó tạo ra nhiều vấn đề hơn là mang lại giá trị, thì chính sách có lẽ nên rút lại,” Ting Xu nói, cô là giáo sư khoa học vật liệu, kỹ thuật và hoá học của UC Berkeley. “Về cơ bản, chúng tôi cho rằng mình đang đi đúng hướng. Chúng tôi có thể giải quyết vấn đề dai dẳng này về nhựa sử dụng một lần không thể phân huỷ sinh học.”
Về mặt lý thuyết, công nghệ mới này chì nên áp dụng cho các loại nhựa polyeste khác, có thể tạo ra hộp nhựa phân huỷ hữu cơ, hiện nay vốn được làm từ polyetylen, một loại polyolefin không phân huỷ. Xu cho rằng nhựa polyolefin tốt hơn hết nên được chuyển thành các sản phầm có giá trị cao hơn, chứ không phải là để làm phân hữu cơ, và cô đang tìm cách để biến đổi nhựa tái chế polyolefin để tái sử dụng.
Một sợi nhựa kéo chảy PCL (polycaprolactone) được nhúng các khối nano enzim lipase được bao phủ bằng RHP gần như phân huỷ hoàn toàn thành các phân tử nhỏ trong vòng 36 giờ trong nước ấm 40 độ C. Ảnh: Christopher DelRe, UC Berkeley
Quy trình mới này bao gồm việc pha enzim ăn polyeste vào nhựa lúc sản xuất. Các enzim này được bảo vệ bởi một lớp màng polyme đơn giản ngăn enzim tháo xoắn và trở nên vô dụng. Khi tiếp xúc với nước nóng, enzim thoát ra khỏi lớp màng polyme và bắt đầu “ăn” polyme nhựa thành các đoạn nhỏ - trong trường hợp của PLA, là khử chúng đến axit lactic, chất có thể nuôi các vi sinh vật đất trong phân hữu cơ. Lớp màng polyme cũng phân huỷ theo.
Quá trình này loại bỏ vi nhựa, một phụ phẩm của nhiều quy trình phân huỷ hoá học và là một chất tự gây ô nhiễm. Có đến 98% nhựa được sản xuất theo kỹ thuật của Xu phân huỷ đươc thành các phân tử nhỏ.
Một trong số những đồng tác giả, cựu nghiên cứu sinh tiến sĩ Aaron Hall của UC Berkeley, đã thành lập công ty con để phát triển thêm những loại nhựa phân huỷ sinh học này.
Sản xuất nhựa tự huỷ
Nhựa không được tạo ra để phân huỷ trong sử dụng thông thường, nhưng điều đó cũng đồng nghĩa chúng sẽ không phân huỷ khi bị vứt. Nhựa bền nhất có cấu trúc phân tử gần giống tinh thể, với các sợi polyme xếp thẳng hàng chặt chẽ đến mức nước không thể thấm vào, chứ đừng nói đến vi khuẩn có thể “ăn” polyme, vốn là các phân tử hữu cơ.
Các enzim như lipase (quả bóng xanh lá) có thể phân huỷ polyme nhựa từ bề mặt (góc trên bên trái), nhưng chúng lại cắt chuỗi polyme một cách ngẫu nhiên, để lại các vi nhựa (góc trên bên phải). Một nhóm nghiên cứu của UC Berkeley đã pha enzim vào trong nhựa (góc dưới trái), được bảo vệ bởi các khối nano (chuỗi quả bóng màu). Các enzim đã pha được cố định gần cuối chuỗi polyme, và dưới điều kiện nhiệt độ và độ ẩm thích hợp, sẽ phân huỷ các phân tử polyme từ cuối chuỗi. Kỹ thuật này giữ lại tính toàn vẹn của nhựa trong quá trình sử dụng, nhưng khi người dùng kích hoạt quá trình khử hoá polyme, nhựa sẽ chuyển hoá từ từ hết thành phụ phẩm phân tử nhỏ có thể tái chế. Ảnh: Christopher DelRe
Ý tưởng của Xu là pha enzim ăn polyme kích thước nano trực tiếp vào nhựa hoặc một chất liệu khác theo cách cô lập và bảo vệ chúng cho đến khi điều kiện thích hợp giải phóng chúng. Năm 2018, cô đã cho thấy cách chúng hoạt động trong thực tế. Cô và nhóm UC Berkeley của mình đã pha vào một tấm chiếu sợi một loại enzim phân huỷ các chất hoá học organophosphate độc hại, giống các chất trong thuốc diệt côn trùng và hoá chất chiến tranh hoá học. Khi tấm chiếu ngập trong hoá chất, enzim được pha đã phân huỷ organophosphate.
Cải tiến then chốt của cô là cách bảo vệ enzim khỏi phân huỷ, vì protein thường phân huỷ khi ở ngoài môi trường bình thường của chúng, như trong tế bào sống. Cô thiết kế các phân tử gọi là polyme dị trùng ngẫu nhiên, hay RHPs, bao bọc quanh enzim và giữ nhẹ chúng lại với nhau mà không làm hạn chế tính linh hoạt tự nhiên vốn có. RHPs được tạo thành từ 4 loại monome, mỗi loại có các đặc tính hoá học được thiết kế để tương tác với các gốc hoá học trên bề mặt của enzim cụ thể. RHPs phân huỷ dưới ánh sáng cực tím và tồn tại với nồng độ dưới 1% trọng lượng của nhựa – đủ thấp để không gây vấn đề.
Đối với nghiên cứu được đăng trên tạp chí Nature, Xu và nhóm của mình đã sử dụng cùng một kỹ thuật, bao phủ enzim trong RHPs và pha hàng triệu hạt nano này vào khắp các hạt nhựa dẻo vốn là khởi điểm cho mọi quá trình sản xuất nhựa. Cô đối chiếu quy trình này với việc pha chất nhuộm màu nhựa để tạo màu cho chúng. Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng enzim được phủ RHP không thay đổi tính chất của nhựa, chúng vẫn có thể bị nung chảy và kéo sợi như nhựa polyeste bình thường ở nhiệt độ khoảng 170 độ C.
Một tấm màng nhựa PLA (polylactic axit) lúc mới được đặt vào phân hữu cơ (trái) và sau một tuần trong phân hữu cơ (phải). Nhựa PLA được pha với enzim có thể phân huỷ sinh học thành các phân tử đơn giản, khiến phương pháp này trở thành giải pháp thay thế đầy hứa hẹn cho nhựa không phân huỷ. Ảnh: UC Berkeley, Adam Lau/Berkeley Engineering
Để kích hoạt quá trình phân huỷ, chỉ cần thêm vào một chút nước nóng. Ở nhiệt độ phòng, 80% sợi nhựa PLA biến tính bị phân huỷ hoàn toàn trong vòng khoảng một tuần. Quá trình phân huỷ nhanh hơn nếu nhiệt độ cao hơn. Trong điều kiện ủ phân hữu cơ công nghiệp, PLA biến tính bị phân huỷ trong vòng 6 ngày ở 50 độ C. Một loại nhựa polyeste khác là PCL (polycaprolactone), bị phân huỷ trong 2 ngày trong điều kiện ủ phân hữu cơ công nghiệp ở 40 độ C. Đối với PLA, cô pha enzim proteinase K có thể “ăn” PLA thành các phân tử axit lactic; còn đối với PCL, cô sử dụng lipase. Cả hai đều là những enzim rẻ tiền và có sẵn.
“Nếu chỉ có enzim trên bề mặt nhựa, nó sẽ ăn mòn xuống rất lâu,” Xu nói. “Còn nếu phân bổ với kích thước nano ở khắp mọi nơi để, về cơ bản, mỗi enzim trong số chúng chỉ cần ăn ra các polyme lân cận nó, và sau đó toàn bộ vật liệt sẽ bị phân rã.”
Ủ phân hữu cơ
Quá trình phân huỷ diễn ra nhanh chóng với việc ủ phân hữu cơ của đô thị, thường mất từ 60 đến 90 ngày để biến thức ăn và rác thải cây trồng thành phân hữu cơ sử dụng được. Việc ủ phân hữu cơ công nghiệp ở nhiệt độ cao tốn ít thời gian hơn, nhưng polyeste biến tính cũng phân huỷ nhanh hơn ở nhiệt độ này.
Nghiên cứu sinh Ivan Jayapurna với một màng nhựa mẫu PCL (polycaprolactone), một loại nhựa polyeste mới có thể phân huỷ sinh học. PCL được pha enzim có đặc tính cơ học rất giống với polyetylen mật độ thấp, khiến chúng trở thành giái pháp thay thế đầy hứa hẹn trong tương lai cho nhựa không thể phân huỷ sinh học. Ảnh: UC Berkeley, Adam Lau/Berkeley Engineering
Xu đồ rằng nhiệt độ cao hơn sẽ khiến enzim có phủ màng di chuyển ra xung quanh nhiều hơn, cho phép chúng nhanh chóng tìm ra đầu chuỗi polyme và ăn chúng rồi sau đó di chuyển đến chuỗi kế tiếp. Enzim được bọc RHP cũng có xu hướng liên kết gần với các đầu chuỗi polyme, giữ cho enzim ở gần mục tiêu của nó.
Polyeste biến tính không phân huỷ ở nhiệt độ thấp hoặc trong thời kỳ ẩm thấp ngắn hạn, cô cho biết. Chẳng hạn như một chiếc áo sơ mi được làm từ quy trình này sẽ chịu được mồ hô và giặt rửa ở nhiệt độ vừa phải. Việc ngâm trong nước khoảng 3 tháng tại nhiệt độ phòng không khiến nhựa bị phân huỷ.
Nhưng ngâm trong nước ấm sẽ bị phân huỷ, như cô và nhóm của mình đã chứng minh.
“Hoá ra phân huỷ hữu cơ là chưa đủ - người ta muốn ủ phân hữu cơ trong nhà mà không làm bẩn tay, họ muốn ủ phân trong nước,” cô nói. “Vì thế đó là những gì chúng tôi đã cố gắng làm. Chúng tôi đã dùng nước máy nóng. Chỉ nóng đến nhiệt độ thích hợp, sau đó đặt nó nào, và thấy nó biến mất sau vài ngày.”
Xu đang phát triển những enzim được bọc RHP có thể phân huỷ những loại nhựa polyeste khác, nhưng cô cũng đang chỉnh sửa RHPs để quá trình phân huỷ có thể được thiết lập ngừng lại tại một thời điểm xác định và không phá huỷ hoàn toàn vật liệu. Điều này có lẽ sẽ hữu ích nếu nhựa được nấu chảy lại và chế ra nhựa mới.
Dự án này được hỗ trợ một phần bởi Phòng Nghiên cứu Quân đội của Bộ Quốc phòng, một đơn vị của Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Quân đội của Bộ tư lệnh Phát triển Khả năng Chiến đấu của Quân đội Hoa Kỳ.
“Những kết quả này tạo nền móng cho việc thiết kế hợp lý vật liệu polyeste có thể phân huỷ trong thời gian tương đối ngắn, mang lại lợi thế đáng kể cho hậu cần quân đội liên quan đến việc xử lý chất thải,” Stephanie McElhinny cho biết; ông là tiến sĩ, quản lý chương trình Phòng Nghiên cứu Quân đội. “Nói rộng ra, những kết quả này mang lại cái nhìn sâu sắc về sự kết hợp các phân tử sinh học hoạt hoá vào các vật liệu ở thể rắn, có thể tác động đến nhiều khả năng của quân đội trong tương lai, bao gồm cảm biến, khử nhiễm và vật liệu tự phục hồi.”
Một màng nhựa PLA được pha với enzim để nhanh chóng phân huỷ sinh học trong phân hữu cơ thông thường. Ảnh: UC Berkeley, Adam Lau/Berkeley Engineering
Xu cho rằng quá trình phân huỷ được định sẵn có thể là chìa khoá để tái chế nhiều đồ vật. Thử tưởng tượng, việc sử dụng hồ dán phân huỷ sinh học để lắp ráp các mạch điện máy tính hay thậm chí là toàn bộ điện thoại hoặc các thiết bị điện tử, sau đó khi bạn không dùng nữa, hoà tan hồ để các thiết bị rã ra và tất cả các mảnh nhỏ có thể được tái sử dụng.
“Đối với thế hệ millenial thì tốt hơn là hãy cân nhắc về điều này và bắt đầu một cuộc trò chuyện sẽ thay đổi cách chúng ta kết nối với Trái Đất,” Xu nói. “Hãy nhìn vào tất cả vật dụng chúng ta bỏ đi: quần áo, giày dép, thiết bị điện tử như điện thoại di động và máy vi tính. Chúng ta đang lấy đi nhiều thứ từ hành tinh này với tốc độ nhanh hơn ta có thể hoàn trả lại. Đừng nhìn về Trái Đất để khai thác những vật liệu này, mà hãy khai thác những thứ bạn đang có, và sau đó biến chúng thành món đồ khác.”
Dịch bởi Kenhsinhvien.vn
(Theo SciTechDaily)
(Theo SciTechDaily)
