生物塑料通过热化学脱聚和发酵转化为聚3-基酸盐:消费后废物回收的模型

科学领域:

• 生物技术和生物工程 生物技术和生物工程
• 聚合物科学与工程 聚合物科学与工程
• 环境科学与技术 环境科学与技术

背景情况:

• 对可持续材料的日益增长的需求需要有效的生物塑料回收策略.
• 目前的聚乙酸 (PHB) 和聚乳酸 (PLA) 的回收方法在单体回收和随后的生物转化方面经常面临挑战.
• 优化热化学脱聚和微生物转化对于生物塑料的循环经济方法至关重要.

研究的目的:

• 研究商业生物塑料的热化学脱聚合,包括PHB和PLA.
• 用微生物菌株Paraburkholderia sacchari和Cupriavidus necator来评估由此产生的单体在PHB中的生物转化效率.
• 建立一个用于消费后生物塑料废物的热化学回收的框架.

主要方法:

• 纯PHB粉末 (PHB_P) 和基于PHB的化合物颗粒 (PHB_CP),以及聚乳酸 (PLA) 的热化学脱聚合 (水热和性处理).
• 对水解盐成分的分析,包括3-基黄油酸 (3HB) 和克罗酸 (CA).
• 使用P. sacchari和C. necator.进行微生物转化单体到PHB的摇瓶和生物反应器料批发发酵.

主要成果:

• 对PHB_P和PHB_CP进行水热处理,产生72.9-74.0%的3HB和21.9-27.1%的CA;PLA在较低温度下降解为乳酸.
• P. sacchari和C. necator有效地将PHB_P中的3HB和PLA水解酸中的乳酸转化为PHB,在摇瓶中达到3.5g_PHB/L.
• 使用缩PHB_P水解剂与P. sacchari进行生物反应器发酵,结果为8.2g_PHB/L (54.9% w/w细胞内含量),高产量 (0.54g/g) 和生产率 (0.29g/L·h)).

结论:

• 脱聚合策略显著影响了PHB生物合成的水解化合物组成和微生物转化效率.
• 3-甲酸 (3HB) 和乳酸 (LA) 被确定为有效生产PHB的关键可回收单体.
• 这项研究为消费后生物塑料废物提供了一个可行的热化学回收框架,促进循环.