每天有數(shù)以百萬噸計(jì)的塑料被丟棄，而對于其中的大部分，幾乎沒有傳統(tǒng)的回收選擇。但由于蒙大拿州立大學(xué)的科學(xué)家們正在利用微生物，這種材料很快就能找到新的有益用途。
在最近的一項(xiàng)研究中，密歇根大學(xué)Norm Asbjornson工程學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過某種細(xì)菌處理的塑料可以被大量添加到混凝土中，而不會(huì)影響結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度。這項(xiàng)研究發(fā)表在《材料》雜志上。
“這真是令人興奮，”該研究的合著者、機(jī)械與工業(yè)工程系助理教授Cecily Ryan說，“在我們考慮潛在應(yīng)用時(shí)，這些初步結(jié)果非常令人鼓舞?！?/span>
通常情況下，添加塑料或其他填充材料會(huì)破壞沙子、骨料和水泥的混合，從而使混凝土這種世界上使用最廣泛的建筑材料能夠結(jié)合在一起并承受重荷載。但是密歇根州立大學(xué)的研究小組發(fā)現(xiàn)，利用細(xì)菌在塑料表面覆蓋一層薄薄的礦物層，可以使塑料與水泥更好地結(jié)合。研究表明，含有高達(dá)5%的細(xì)菌處理過的塑料的混凝土樣品與傳統(tǒng)混凝土具有幾乎相同的強(qiáng)度。
機(jī)械與工業(yè)工程助理教授Chelsea Heveran說：“這5%比目前的增長幅度來說確實(shí)很大。我們對它的影響之大感到驚訝?！?/span>
Heveran指出，由于混凝土應(yīng)用如此廣泛，用量如此之大，即使更換5%的混凝土也能使塑料被大量地再利用。她還說，由于混凝土的制造需要大量的能源，這種塑料填料可以大大減少二氧化碳的排放。據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署稱，混凝土生產(chǎn)是美國最大的氣候變化氣體工業(yè)來源之一。
在密歇根州立大學(xué)生物膜工程中心，研究人員將塑料浸泡在含有無害細(xì)菌Sporosarcina pasteurii的水基溶液中，這種細(xì)菌在表面生長形成所謂的生物膜。這些微生物在溶液中停留24-48小時(shí)，消耗了添加的鈣和尿素（一種廣泛用于肥料的氮基物質(zhì)），使塑料表面覆蓋一層薄薄的白色方解石，這種堅(jiān)硬的礦物構(gòu)成了石灰石。然后將塑料混合到小混凝土圓柱中，用專用設(shè)備將其壓碎，以測量其強(qiáng)度。
盡管研究人員開始使用的是一次性水瓶中常見的1號(hào)塑料碎片，但在初步成功后，他們使用3-7號(hào)塑料混合物獲得了類似的結(jié)果。3-7號(hào)塑料被應(yīng)用于各種容器，但不被大多數(shù)回收設(shè)施接受。
土木工程系副教授Adrienne Phillips說：“我們用通常不可回收的塑料混合物得到了這個(gè)結(jié)果，這真是令人興奮?！彼猛瑯拥某傻V細(xì)菌來密封地下泄漏油氣井深處難以觸及的微小裂縫。
Phillips說，下一步是研究這種材料的長期耐用性，以及如何擴(kuò)大加工規(guī)模，使這種材料能夠被大量生產(chǎn)。研究人員與Jake Jabs商學(xué)院副教授Frank Kerins合作，開始探索其商業(yè)應(yīng)用。
這項(xiàng)研究產(chǎn)生于2019年夏天的一項(xiàng)研究，兩名高中教師，海倫娜首都高中的Kendra Lunday和內(nèi)布拉斯加州奧馬哈的Hakan Armagan，通過國家科學(xué)基金會(huì)的教師研究經(jīng)驗(yàn)項(xiàng)目訪問了密歇根州立大學(xué)。兩人測試了各種混凝土填充材料，包括稻草和其他農(nóng)業(yè)生物質(zhì)。
Heveran說，Armagan和Lunday是這項(xiàng)研究的主要貢獻(xiàn)者，這項(xiàng)研究也“很大程度上受到有才華的本科生的推動(dòng)”。除了這兩位高中教師之外，論文的合著者還包括麥克奈爾學(xué)者M(jìn)ichael Espinal（主修機(jī)械工程專業(yè)的大四學(xué)生）；工程學(xué)博士生Seth Kane；以及生物膜工程中心的實(shí)驗(yàn)室經(jīng)理Abby Thane。
Heveran說，“這個(gè)項(xiàng)目很酷的地方在于我們利用微生物對一種普通材料進(jìn)行了微小的改變，但它可能會(huì)帶來巨大的社會(huì)效益?！?/span>
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