海水环境中聚酰胺6纤维的微生物降解行为与机制研究：从分子链断裂到群落功能解析

本刊推荐：本研究通过实验室模拟海水环境，系统揭示了聚酰胺6（PA6）纤维的微生物降解机制。采用扫描电镜（SEM）、相对粘度、差示扫描量热法（DSC）等多维表征技术，证实PA6在190天降解过程中发生显著分子链断裂，其特征表现为相对粘度、数均分子量（Mn）、熔融温度（Tm）和熔融焓（ΔHm）的持续下降。FTIR和XPS分析揭示了酰胺键水解生成末端氨基/羧基的化学路径，并鉴定出四聚体和环状二聚体降解产物。通过微生物群落分析首次明确变形菌门（Proteobacteria）为关键降解菌群，为海洋塑料污染治理提供了理论依据和技术支撑。

　　

Highlight

PA6纤维在海水降解实验中表现出显著的非均匀降解特征。随着降解时间延长，其相对粘度、数均分子量（M_n）、熔融温度（T_m）和熔融焓（ΔH_m）均呈现下降趋势，表明高分子链发生持续性断裂。

Degradation Behavior of PA6 Fibers

扫描电镜（SEM）图像显示，实验组PA6纤维表面随降解时间延长出现逐步穿孔现象，孔洞密度、宽度和深度显著增加。这种结构劣化最终导致纤维破碎，在六个月降解期后完全失去原有形态（图1a和图S1）。

Conclusion

本研究揭示了实验室模拟海洋环境中PA6纤维的降解行为与机制。SEM结果证实纤维发生明显结构劣化，表面出现可见孔洞和破碎现象。降解过程中关键参数（相对粘度、数均分子量、熔融温度、熔融焓）的持续下降，表明大分子链断裂生成小分子片段。FTIR和XPS分析证实C–C、C–N和C=O键的断裂，同时C–OH和O=C–O–C信号增强，提示酰胺键水解生成末端氨基和羧基。降解产物分析表明PA6降解初始步骤主要生成6-氨基己酸的四聚体和环状二聚体形式。通过微生物群落分析和功能注释，首次明确变形菌门（Proteobacteria）为PA6降解的优势微生物类群。