定量分析碳十四同位素跟踪PHBV生命踪迹的研究

本项目拟以聚羟基丁酸/戊酸共聚酯（PHBV）生命过程为生物基塑料的模型体系，将定量分析和跟踪碳十四同位素方法用于研究合成、共混、生物降解和化学解聚等过程。在PHBV微生物合成过程中改变丙酸加入量得到不同HV含量PHBV；将PHBV和石化基生物降解塑料按不同比例进行共混造粒；对改性得到的PHBV进行生物降解试验；对PHBV共混物进行化学回收试验。在各个过程中用元素分析仪测定总有机碳，然后利用专用碳焚烧炉将不同物质形式存在的有机碳转化为二氧化碳，用吸收液吸收，再用超低本液闪计数器测定溶液中碳十四同位素含量。由于HV不含碳十四同位素，而HB含碳十四同位素，所以可以定量地分析碳十四同位素来跟踪PHBV的生命踪迹。通过用碳十四同位素来跟踪PHBV的生命踪迹的研究，摸索用该方法用于研究生物基塑料生命过程的科学规律，为我国发展生物基塑料和建立相应的评价体系打下科学基础。

本项目以聚羟基丁酸/戊酸共聚酯（PHBV）作为典型生物基塑料研究对象，以PHBV生命过程为模型体系，将定量分析和跟踪碳十四同位素方法用于研究合成、共混、生物降解和化学解聚等过程。.通过研究，建立了用碳十四同位素来跟踪PHBV的生命踪迹的研究方法，并依此制定了国家标准GB/T29649-2013 《生物基材料中生物基含量测定 液闪计数器法》、GB/T30293-2013《生物制造聚羟基》。在PHBV微生物合成过程中改变丙酸加入量得到了不同HV含量PHBV，将PHBV和石化基生物降解塑料按不同比例进行共混造粒；对改性得到的PHBV进行生物降解试验，清晰了PHBV的降解机理。研究发现，堆肥条件下，生物降解能力依次为P(3HB, 4HB)(10%mol4HB)≈PHBV(40%molHV)>PHBV(20% molHV) >PHBV(3% molHV) >PHB。在土埋条件下，PPBAT/PLA共混物中的PBAT和PLA降解速度分别和单一材料降解时速度是不一样的，PBAT和PLA具有不同的降解机理，因此不同比例PBAT和PLA的共混材料其降解速度是不一样的，这为制备生物降解速度可控的产品提供了科学依据。该部分研究成果发表Polymer Testing（IF 2.240） 2013, 32(5): 918-926，是该杂志2014年下载率最高三篇文章之一，2015年10-12月三月下载率仍排名第七，目前他引23次。.本项目获得的科学规律，可同样地适用于其它生物基塑料如PHA、PLA以及与其它生物降解聚酯PBAT共混物的生命踪迹的研究，并依此制定了有关降解塑料生命周期评价的国家标准。该标准主要利用碳十四同位素跟踪有机碳的生命踪迹来判定其生物基含量，利用生物降解试验来获得生物降解率，将生物基含量和生物降解率大小作为可降解塑料是否属于生态设计产品的主要判断依据。.项目实际成果在国内外相关刊物发表14篇，其中SCI收录7篇、EI收录2篇、国内核心期刊5篇，申请专利3项（已获批2项），国家标准3项，编著1本，已培养研究生8名。组织国内研讨会3次、国际研讨会2次。.总之，项目通过用碳十四同位素来跟踪PHBV的生命踪迹的研究，获得了PHBV的生命周期评价结果及其在不同条件下的降解规律，并将该方法用于研究生物基塑料生命过程的科学规律，为我国发展生物基塑料和建立相应的评价体系打下了科学基础。