北京
塑料污染已經(jīng)成為一項全球環(huán)境問題，隨著禁塑令的發(fā)布和實施，可降解塑料作為傳統(tǒng)塑料的替代品已經(jīng)在快遞、外賣包裝和一次性用品領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。可降解塑料在不同環(huán)境下受非生物和生物因素的降解，相比較傳統(tǒng)塑料其賦存周期更短，但仍可能具備一定的持久性。研究可降解塑料在不同環(huán)境中的降解特征，有助于推動產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展，是完善塑料污染全鏈條治理體系中不可或缺的環(huán)節(jié)，具有重要的現(xiàn)實意義。
華東師范大學(xué)謝冰教授課題組撰寫評述文章：
明確了可降解塑料的定義和分類；
總結(jié)了不同聚合物組分的可降解塑料在水環(huán)境和土壤環(huán)境下的降解特征，進一步歸納了其在好氧堆肥和厭氧消化中的降解行為，分析了可降解塑料通過城鎮(zhèn)有機固廢生物處理的潛力和限制；
介紹了可降解塑料釋放的微塑料和添加劑等中間產(chǎn)物對環(huán)境和生物的潛在影響；
對可降解塑料的環(huán)境歸趨，材料開發(fā)和應(yīng)用及處理處置進行了建議與展望，為可降解塑料的科學(xué)推廣應(yīng)用提供理論支持。
圖1不同塑料定義與分類之間的關(guān)系示意圖
表1常見的可降解聚合物及其用途
塑料類型
結(jié)構(gòu)式
用途
淀粉基塑料St
包裝、購物袋、垃圾袋、地膜、一次性醫(yī)療用品、一次性餐具
PLA
包裝、購物袋、垃圾袋、地膜、一次性醫(yī)療用品、一次性餐具、建筑材料、紡織品
PHA
組織工程、醫(yī)療植入物、藥物控釋系統(tǒng)、包裝、地膜、一次性醫(yī)療用品
聚乙烯醇(PVA)
可溶包裝、高阻隔材料、醫(yī)療植入物
PPC
低溫包裝、地膜、泡沫材料、藥物控釋系統(tǒng)、高阻隔材料
PCL
可吸收外科縫線、低溫包裝、藥物控釋系統(tǒng)、醫(yī)療植入物
聚丁二酸丁二醇酯(PBS)
包裝、購物袋、垃圾袋、地膜、一次性餐具、農(nóng)藥化肥緩釋材料
聚丁二酸-己二酸丁二酯(PBSA)
包裝、購物袋、垃圾袋、地膜
聚對苯二甲酸-己二酸丁二酯(PBAT)
包裝、購物袋、垃圾袋、地膜、一次性餐具
表2可降解塑料在水環(huán)境中的降解研究
種類
形狀
介質(zhì)
條件
時間(d)
評價指標
降解率(%)
文獻
PLA
薄膜
海水
20.8℃
82
質(zhì)量損失
< 1
薄膜
海水/淡水
25℃, 16 h 光照、8 h 黑暗
365
質(zhì)量損失
< 1/< 1
[21]
顆粒
好/厭氧水
(25 ± 1)℃, pH 7.0 ± 0.1/(36 ± 1)℃, 黑暗
117/77
產(chǎn)氣量
不顯著/4.6 ± 1.9
[22]
PLA/PBAT (45/55wt%)
薄膜
純水
30℃
180
質(zhì)量損失
-1.4 ± 0.05
[23]
PBAT
薄膜
海水
20.8℃
82
質(zhì)量損失
1.5 ± 0.3
顆粒
好/厭氧水
(25 ± 1)℃, pH 7.0 ± 0.1/(36 ± 1)℃,黑暗
117/77
產(chǎn)氣量
不顯著
[22]
PHB
薄膜
海水/淡水
25℃
365
質(zhì)量損失
~8.5/~6.5
[21]
顆粒
好/厭氧水
(25 ± 1)℃, pH 7.0 ± 0.1/(36 ± 1)℃, 黑暗
117/77
產(chǎn)氣量
83.0 ± 1.6/83.9 ± 1.3
[22]
顆粒
自然海水
(30 ± 2)℃
28
產(chǎn)氣量
12.8 ± 5.3
[24]
PHBV
顆粒
好/厭氧水
(25 ± 1)℃, pH 7.0 ± 0.1/(36 ± 1)℃, 黑暗
117/77
產(chǎn)氣量
81.2 ± 1.7/87.4 ± 7.5
[22]
PCL
薄膜
海水/淡水
25℃, 16 h 光照，8 h黑暗
365
質(zhì)量損失
< 2/< 2
[21]
顆粒
好/厭氧水
(25 ± 1)℃, pH 7.0 ± 0.1/(36 ± 1)℃, 黑暗
117/77
產(chǎn)氣量
77.6 ± 2.4/4.5 ± 0.3
[22]
PBS
顆粒
好/厭氧水
(25 ± 1)℃, pH 7.0 ± 0.1/(36 ± 1)℃, 黑暗
117/77
產(chǎn)氣量
不顯著/3.1 ± 1.6
[22]
表3可降解塑料在土壤環(huán)境中的降解研究
種類
形狀
介質(zhì)
條件
時間(d)
評價指標
降解率 (%)
文獻
St
薄膜
土壤
(25 ± 2)℃
136
產(chǎn)氣量
~95
[29]
PLA
薄膜
土壤
(25 ± 2)℃
136
產(chǎn)氣量
~0
[29]
薄膜/粉末
土壤
25℃，濕度60%
28
質(zhì)量損失/總碳
~0/13.8
[31]
薄膜
土壤
25和37℃；
45和55℃
365/56
質(zhì)量損失
~40
[32]
薄膜
土壤
23~25℃
200
產(chǎn)氣量
~5
[35]
薄膜
土壤
濕度30%
98
質(zhì)量損失
~10
[36]
薄膜
天然土壤
自然條件
184
質(zhì)量損失
8.0
[37]
PLA/PE 50/50 wt%
薄膜
天然土壤
自然條件
184
質(zhì)量損失
-0.3 ± 0.1
[37]
PLA/PBAT 45/55 wt%
薄膜
土壤
(30 ± 2)℃，濕度60%
180
質(zhì)量損失
-0.7 ± 0.02
[23]
PLA/PHBV 70/30 wt%
薄膜
土壤
23~25℃
200
產(chǎn)氣量
32
[35]
PBAT
薄膜
天然土壤
自然條件
184
質(zhì)量損失
6.8 ± 0.3
[37]
PBAT/PLA 90/10 wt%
薄膜
天然土壤
自然條件
184
質(zhì)量損失
-1.7 ± 1.0
[37]
PHB
薄膜
土壤
(25 ± 2)℃
136
產(chǎn)氣量
~105
[29]
薄膜
土壤
(30 ± 0.1)℃
30
質(zhì)量損失
~72
[30]
PHBV
薄膜
土壤
23~25℃
200
產(chǎn)氣量
35
[35]
PCL
薄膜
土壤
(25 ± 2)℃
136
產(chǎn)氣量
~91
[29]
薄膜
土壤
(30 ± 0.1)℃
30
質(zhì)量損失
~72
[30]
PBS
薄膜/粉末
土壤
25℃，濕度60%
28
質(zhì)量損失/總碳
1.2/16.8
[31]
PBS-St 50/50 wt%
薄膜/粉末
土壤
25℃，濕度60%
28
質(zhì)量損失/總碳
7.2/24.4
[31]
表4可降解塑料在好氧堆肥中的降解研究
種類
形狀
介質(zhì)
條件
時間(d)
評價指標
降解率(%)
文獻
PLA
薄膜
受控堆肥
37/45/50℃
365/63/42
質(zhì)量損失
~20/~56/~30
[32]
薄膜
受控堆肥
(58 ± 2)℃, pH 7~8
35
二氧化碳產(chǎn)量
92
[35]
薄膜
受控堆肥
58℃
200
質(zhì)量損失
100
[43]
薄膜
受控堆肥
60℃
~47
二氧化碳產(chǎn)量
~30
[44]
薄膜
受控堆肥
55℃, 濕度70%
28
二氧化碳產(chǎn)量
~70
[45]
PLA/PHBV 70/30 wt%
薄膜
受控堆肥
(58 ± 2)℃, pH 7~8
200
二氧化碳產(chǎn)量
100
[35]
PLA/PHB 75/25 wt%
薄膜
受控堆肥
58℃
28
質(zhì)量損失
~90
[43]
PBAT
薄膜
非受控堆肥
12.5~13℃
450
質(zhì)量損失
< 1
[41]
薄膜
受控堆肥
55 ℃,濕度 70%
28
二氧化碳產(chǎn)量
~35
[45]
PHA
薄膜
非受控堆肥
12.5~13℃
450
質(zhì)量損失
7.9 ± 0.7
[41]
PHB
顆粒
受控堆肥
55℃, 濕度 70%
28
二氧化碳產(chǎn)量
~75
[46]
薄膜
受控堆肥
(58 ± 2)℃
110
二氧化碳產(chǎn)量
95.9
[46]
PHBV
薄膜
受控堆肥
(58 ± 2)℃, pH 7~8
200
二氧化碳產(chǎn)量
90
[35]
PBS
薄膜
非受控堆肥
12.5~13℃
450
質(zhì)量損失
5.5 ± 0.3
[41]
薄膜
受控堆肥
(58 ± 2)℃, pH 7~8, 濕度50%~55%
160
二氧化碳產(chǎn)量
90
[47]
表5可降解塑料在厭氧消化中的降解研究
種類
形狀
介質(zhì)
條件
時間(d)
評價指標
降解率 (%)
文獻
St
薄膜
廚余垃圾
52℃
127
產(chǎn)氣量
79
[29]
薄膜
廚余垃圾
52℃
80
產(chǎn)氣量
~89
[29]
顆粒/粉末
唯一碳源
(55 ± 2)℃
40
產(chǎn)氣量
48.8/53.0
[48]
顆粒/粉末
唯一碳源
(55 ± 2)℃
120
質(zhì)量損失
40.2/93.0
[48]
PLA
顆粒/粉末
唯一碳源
(37 ± 2)℃
60
產(chǎn)氣量
< 1/4.4
[48]
顆粒/粉末
唯一碳源
(37 ± 2)℃
40
產(chǎn)氣量
47.6/57.9
[48]
薄膜
廚余垃圾
(55 ± 2)℃
23
產(chǎn)氣量
85.79 ± 0.038
[52]
薄膜
廚余垃圾
(55 ± 2)℃
23
質(zhì)量損失
-1.69 ± 0.033
[52]
粉末
剩余污泥
35℃
60
產(chǎn)氣量
~0
[53]
粉末
剩余污泥
37℃
277
產(chǎn)氣量
39
[54]
粉末
脫水污泥/剩余污泥
55℃
75/100
產(chǎn)氣量
91/79
[55]
薄膜
剩余污泥
35℃, 350 r/min
39
產(chǎn)氣量
8.6
[56]
PBAT
顆粒/粉末
唯一碳源
(55 ± 2)℃
60
產(chǎn)氣量
< 1/< 1
[48]
顆粒/粉末
唯一碳源
(37 ± 2)℃
60
產(chǎn)氣量
< 1/< 1
[48]
薄膜
剩余污泥
35℃, 350 r/min
39
產(chǎn)氣量
5.9
[56]
PHA
薄膜
剩余污泥
38 ℃, 100 r/min
85
產(chǎn)氣量
77.1 ± 6.1
[57]
薄膜
剩余污泥
38℃, 100 r/min
85
產(chǎn)氣量
54.6 ± 15.6
[57]
PHB
薄膜
廚余垃圾
52℃
127
產(chǎn)氣量
92
[29]
粉末
剩余污泥
35℃, 350 r/min
60
產(chǎn)氣量
67 ± 19
[53]
粉末
剩余污泥
37℃
277
產(chǎn)氣量
12.5
[54]
粉末
剩余污泥
35℃, 350 r/min
60
產(chǎn)氣量
79 ± 21
[58]
粉末
剩余污泥
35℃, 350 r/min
60
產(chǎn)氣量
93 ± 42
[58]
P34HB
粉末
唯一碳源
(37 ± 2)℃
60
產(chǎn)氣量
72.8
[48]
粉末
唯一碳源
(55 ± 2)℃
60
產(chǎn)氣量
85.4
[48]
PCL
薄膜
廚余垃圾
52℃
127
產(chǎn)氣量
94
[29]
顆粒/粉末
唯一碳源
(37 ± 2)℃
60
產(chǎn)氣量
1.2/2.9
[48]
顆粒/粉末
唯一碳源
(55 ± 2)℃
60/120
產(chǎn)氣量
93.5/92.3
[48]
粉末
剩余污泥
37℃
9
產(chǎn)氣量
90
[54]
粉末
剩余污泥
55℃
47
產(chǎn)氣量
92
[55]
PBS
顆粒/粉末
唯一碳源
(55 ± 2)℃
60
產(chǎn)氣量
< 1/< 1
[48]
顆粒/粉末
唯一碳源
(37 ± 2)℃
60
產(chǎn)氣量
< 1/< 1
[48]
粉末
剩余污泥
37℃
277
產(chǎn)氣量
-3.5
[54]
醋酸纖維
粉末
唯一碳源
(37 ± 2)℃
60
產(chǎn)氣量
70.9
[48]
粉末
唯一碳源
(55 ± 2)℃
60
產(chǎn)氣量
4.6
[48]
PBSA
顆粒/粉末
唯一碳源
37 ± 2 ℃
60
產(chǎn)氣量
9.4/21.0
[48]
顆粒/粉末
唯一碳源
(37 ± 2)℃
60
產(chǎn)氣量
23.7/30.5
[48]
PPC
顆粒/粉末
唯一碳源
(37 ± 2)℃
60
產(chǎn)氣量
95.4/84.6
[48]
顆粒/粉末
唯一碳源
(55 ± 2)℃
60
產(chǎn)氣量
96.2/95.7
[48]
PVA
顆粒
唯一碳源
(37 ± 2)℃
60
產(chǎn)氣量
12.5
[48]
顆粒
唯一碳源
(55 ± 2)℃
60
產(chǎn)氣量
12
[48]
文章信息
張雨辰, 徐源, 謝冰. 可降解塑料的環(huán)境降解和影響研究進展. 科學(xué)通報, 2025, 70(18): 2812–2824.
Zhang Y, Xu Y, Xie B. Advances in environmental degradation and impact of degradable plastics (in Chinese). Chin Sci Bull, 2025, 70(18): 2812–2824.
doi: 10.1360/TB-2024-0824
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