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研究人员发现再生塑料在混凝土中的潜在用途

每天有数以百万吨计的塑料被丢弃，而对于其中的大部分，几乎没有传统的回收选择。但由于蒙大拿州立大学的科学家们正在利用微生物，这种材料很快就能找到新的有益用途。

在最近的一项研究中，密歇根大学Norm Asbjornson工程学院的研究人员发现，经过某种细菌处理的塑料可以被大量添加到混凝土中，而不会影响结构材料的强度。这项研究发表在《材料》杂志上。

“这真是令人兴奋，”该研究的合著者、机械与工业工程系助理教授Cecily Ryan说，“在我们考虑潜在应用时，这些初步结果非常令人鼓舞。”

通常情况下，添加塑料或其他填充材料会破坏沙子、骨料和水泥的混合，从而使混凝土这种世界上使用最广泛的建筑材料能够结合在一起并承受重荷载。但是密歇根州立大学的研究小组发现，利用细菌在塑料表面覆盖一层薄薄的矿物层，可以使塑料与水泥更好地结合。研究表明，含有高达5%的细菌处理过的塑料的混凝土样品与传统混凝土具有几乎相同的强度。

机械与工业工程助理教授Chelsea Heveran说：“这5%比目前的增长幅度来说确实很大。我们对它的影响之大感到惊讶。”

Heveran指出，由于混凝土应用如此广泛，用量如此之大，即使更换5%的混凝土也能使塑料被大量地再利用。她还说，由于混凝土的制造需要大量的能源，这种塑料填料可以大大减少二氧化碳的排放。据美国环境保护署称，混凝土生产是美国最大的气候变化气体工业来源之一。

在密歇根州立大学生物膜工程中心，研究人员将塑料浸泡在含有无害细菌Sporosarcina pasteurii的水基溶液中，这种细菌在表面生长形成所谓的生物膜。这些微生物在溶液中停留24-48小时，消耗了添加的钙和尿素（一种广泛用于肥料的氮基物质），使塑料表面覆盖一层薄薄的白色方解石，这种坚硬的矿物构成了石灰石。然后将塑料混合到小混凝土圆柱中，用专用设备将其压碎，以测量其强度。

尽管研究人员开始使用的是一次性水瓶中常见的1号塑料碎片，但在初步成功后，他们使用3-7号塑料混合物获得了类似的结果。3-7号塑料被应用于各种容器，但不被大多数回收设施接受。

土木工程系副教授Adrienne Phillips说：“我们用通常不可回收的塑料混合物得到了这个结果，这真是令人兴奋。”他曾用同样的成矿细菌来密封地下泄漏油气井深处难以触及的微小裂缝。

Phillips说，下一步是研究这种材料的长期耐用性，以及如何扩大加工规模，使这种材料能够被大量生产。研究人员与Jake Jabs商学院副教授Frank Kerins合作，开始探索其商业应用。

这项研究产生于2019年夏天的一项研究，两名高中教师，海伦娜首都高中的Kendra Lunday和内布拉斯加州奥马哈的Hakan Armagan，通过国家科学基金会的教师研究经验项目访问了密歇根州立大学。两人测试了各种混凝土填充材料，包括稻草和其他农业生物质。

Heveran说，Armagan和Lunday是这项研究的主要贡献者，这项研究也“很大程度上受到有才华的本科生的推动”。除了这两位高中教师之外，论文的合著者还包括麦克奈尔学者Michael Espinal（主修机械工程专业的大四学生）；工程学博士生Seth Kane；以及生物膜工程中心的实验室经理Abby Thane。

Heveran说，“这个项目很酷的地方在于我们利用微生物对一种普通材料进行了微小的改变，但它可能会带来巨大的社会效益。”

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