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每天有數(shù)以百萬噸計的塑料被丟棄，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)過某種細菌處理的塑料可以被大量添加到混凝土中，而不會影響結(jié)構(gòu)材料的強度。這項研究發(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，這些初步結(jié)果非常令人鼓舞。”

通常情況下，添加塑料或其他填充材料會破壞沙子、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5%的細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度。

機械與工業(yè)工程助理教授Chelsea Heveran說：“這5%比目前的增長幅度來說確實很大。我們對它的影響之大感到驚訝。”

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菌Sporosarcina pasteurii的水基溶液中，這種細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，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，以測量其強度。

盡管研究人員開始使用的是一次性水瓶中常見的1號塑料碎片，但在初步成功后，他們使用3-7號塑料混合物獲得了類似的結(jié)果。3-7號塑料被應(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結(jié)果，這真是令人興奮。”他曾用同樣的成礦細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。

這項研究產(chǎn)生于2019年夏天的一項研究，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)基金會的教師研究經(jīng)驗項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是這項研究的主要貢獻者，這項研究也“很大程度上受到有才華的本科生的推動”。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Michael Espinal（主修機械工程專業(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驗室經(jīng)理Abby Thane。

Heveran說，“這個項目很酷的地方在于我們利用微生物對一種普通材料進行了微小的改變，但它可能會帶來巨大的社會效益。”