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天津大学研发“环境友好型”DNA生物塑料
2021-12-01 11:13
天津大学
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  近日,天津大学仰大勇教授团队联合中石油石化研究院成功研发新型DNA生物塑料,这种塑料原料来源丰富,生产、使用和回收处理全过程均与生态环境友好兼容,且可以低能耗无损回收,有望在部分应用领域替代石油基塑料。该成果已发表于领域权威期刊《美国化学会志》。

图为由生物质DNA和离聚物为原料制备的可持续DNA生物塑料

  塑料工业是国民经济的支柱产业,我国每年进口的石油资源约 1/3 用于合成塑料制品,塑料加工制品的产量和消费量均居世界第一。塑料原料提取过程耗能高、污染高,大量产生温室气体和化学副产物。目前全球每年产生几千万吨塑料垃圾,且这一数字正以惊人的速度逐年增加。大量石油基塑料的废弃是对不可再生资源的巨大浪费,同时也极大加剧能源危机。发展可循环使用的生物基塑料成为解决塑料污染、缓解碳排放问题的有效手段,特别是发展生态环境友好材料,成为目前学术界和产业界的前沿研究热点。

  脱氧核糖核酸(DNA)是生命遗传物质,在大自然中广泛存在,是一种取之不尽、用之不竭的生物高分子,据统计,地球目前DNA总储量约为500亿公吨。如果将其中的小部分DNA转化为DNA塑料,理论上可以有效缓解日益增长的塑料使用需求。天津大学仰大勇教授团队据此开发了低温加工DNA生物塑料的新方法,制备了一种在生产、使用和回收处理过程中均与环境相兼容的新型DNA生物塑料。这种塑料的原材料包括天然DNA和离聚物,均来源于生物可再生资源。与石油基塑料熔融加工策略相比,这种新型DNA塑料的加工能耗仅不到5%。新型DNA塑料还可以通过无损回收策略制成新的塑料制品使用,也可以在DNA酶作用下实现可控降解。

  仰大勇介绍,现有的工业化设备可以快速地从植物、藻类和细菌中大量提取生物质DNA,利用这些设备可以实现DNA年产量达数十万公吨,新型DNA塑料有巨大的量产化潜力。同时,这种塑料可折叠性和低温稳定性优异,可加工成多腔室微结构,有望在生物传感、药物递送和组织工程等生物医学领域发挥重要作用。

  中石油石化研究院何盛宝院长表示,中国石油把“绿色低碳”纳入公司发展战略,为实现建设“低碳能源生态圈”的目标,研究院成立了氢能、生物化工和新材料研究所,旨在探索颠覆性的新能源新材料,以应对全球新一轮产业革命的到来和日益严峻的环境能源危机。我们与天津大学合作研发的DNA可持续生物塑料是该领域的创新性成果之一,对于构建低碳循环发展经济体系具有重要意义。

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