利用Stutzerimonas stutzeri和金属纳米颗粒作为降解促进剂进行塑料薄膜的生物降解——一种生物经济方法

《Biodegradation》：Plastic film biodegradation using Stutzerimonas stutzeri with metal nanoparticles as degradation enhancers—A bioeconomic approach

纳米颗粒辅助生物降解塑料的研究：从ZnO/ZnO-MgO合成到Stutzerimonas stutzeri的降解机制分析，证实65%降解效率并评估无毒性代谢产物。

　　

摘要

全球三分之一的废弃物是由塑料垃圾袋组成的，这些垃圾袋在制造业和包装行业中扮演着重要角色。塑料垃圾的不当管理会导致土壤吸收，进而引发土壤贫瘠和结构退化。塑料薄膜的生物降解能够激活微生物对塑料的降解作用，同时不会对生态系统造成损害。借助纳米粒子作为降解促进剂，生物降解技术取得了进展，为减轻塑料污染提供了一种协同方法。在本研究中，从农业土壤中分离出了能够降解塑料的微生物，并使用共沉淀法合成了氧化锌（ZnO）和氧化锌-镁（ZnO-MgO）等金属纳米粒子。随后将这些合成的无机金属纳米粒子添加进去，以增强微生物的降解效果。所合成的纳米粒子呈六边形纳米片状，粒径范围分别为32.8纳米和35纳米。从土壤中分离出的菌株为革兰氏阴性细菌Stutzerimonas stutzeri，通过16S rRNA测序技术对其进行了鉴定。在添加了这些纳米粒子作为促进剂的条件下，塑料薄膜的降解效率达到了65%。扫描电子显微镜（SEM）分析证实了细菌的附着现象，并发现了塑料薄膜上的明显结构损伤，如裂纹、凹陷和孔洞。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析显示，聚合物降解过程中存在羰基（C=O）和(–CH)等官能团，其吸收峰分别位于1076厘米^?1和719厘米^?1。此外，还利用气相色谱-质谱（GC–MS）分析了脂肪酸和琥珀酸等简单代谢副产物，并通过Allium cepa（大蒜）这一体外植物模型评估了它们的毒性。由于未观察到对有丝分裂细胞的负面影响，说明在微生物降解过程中没有释放出有毒化合物。本研究揭示了一种改进的纳米粒子辅助生物降解方法，为塑料废弃物管理的可持续解决方案提供了新的途径。