科學(xué)通報(bào) | 華東師范大學(xué)謝冰教授課題組撰寫(xiě)評(píng)述文章：可降解塑料的環(huán)境降解和影響研究進(jìn)展

塑料污染已經(jīng)成為一項(xiàng)全球環(huán)境問(wèn)題，隨著禁塑令的發(fā)布和實(shí)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(mài)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(dòng)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(shí)意義。

華東師范大學(xué)謝冰教授課題組撰寫(xiě)評(píng)述文章：

• 明確了可降解塑料的定義和分類(lèi)；

• 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(jìn)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(guò)城鎮(zhèn)有機(jī)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(duì)環(huán)境和生物的潛在影響；

• 對(duì)可降解塑料的環(huán)境歸趨，材料開(kāi)發(fā)和應(yīng)用及處理處置進(jìn)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(lèi)之間的關(guān)系示意圖

表1常見(jiàn)的可降解聚合物及其用途

塑料類(lèi)型

結(jié)構(gòu)式

用途

淀粉基塑料St

包裝、購(gòu)物袋、垃圾袋、地膜、一次性醫(yī)療用品、一次性餐具

PLA

包裝、購(gòu)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(gòu)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(gòu)物袋、垃圾袋、地膜

聚對(duì)苯二甲酸-己二酸丁二酯(PBAT)

包裝、購(gòu)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(lèi)

形狀

介質(zhì)

條件

時(shí)間(d)

評(píng)價(jià)指標(biāo)

降解率(%)

文獻(xiàn)

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(lèi)

形狀

介質(zhì)

條件

時(shí)間(d)

評(píng)價(jià)指標(biāo)

降解率 (%)

文獻(xiàn)

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(lèi)

形狀

介質(zhì)

條件

時(shí)間(d)

評(píng)價(jià)指標(biāo)

降解率(%)

文獻(xiàn)

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(lèi)

形狀

介質(zhì)

條件

時(shí)間(d)

評(píng)價(jià)指標(biāo)

降解率 (%)

文獻(xiàn)

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(jìn)展. 科學(xué)通報(bào), 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

轉(zhuǎn)載、投稿請(qǐng)留言

| 關(guān)注科學(xué)通報(bào) | 了解科學(xué)前沿