【摘要】 中国科学院团队通过Py-GCMS与激光粒度仪证实：黄粉虫可降解77%聚苯乙烯与71%聚乙烯，粪便中微塑料峰值2.75-7.27μm，纳米塑料未检出。揭秘生物破碎模型与颗粒清除机制，为环境治理提供关键技术依据。

一、黄粉虫降解塑料的研究背景

近年研究发现，黄粉虫（Tenebrio molitor）能有效降解聚苯乙烯（PS）和低密度聚乙烯（LDPE）泡沫，但其降解过程中是否产生微塑料（MP）和纳米塑料（NP）的争议尚未解决。中国科学院团队通过高精度检测技术，首次系统性揭示了该生物降解过程的颗粒分布规律。

图 1. 黄粉虫（Tenebrio molitor 幼虫）摄食 PS 和 LDPE 泡沫的特征。（a）以 PS 泡沫为食的黄粉虫；（b）以 LDPE 泡沫为食的黄粉虫；（c）每周从以 PS 泡沫为食的黄粉虫粪便中提取的馏分；（d）每周从以 LDPE 泡沫为食的黄粉虫粪便中提取的馏分；（e）每周 PS 和 PE 的塑料去除效率。用水、乙醇和有机溶剂（用于 PS 的 THF 和用于 LDPE 的 1,2,4-TCB）提取以 PS 和 LDPE 泡沫为食的黄粉虫粪便样本[1]

 

二、核心研究方法与技术创新

研究团队采用激光光散射粒度仪​（检测下限10 nm）结合热解气相色谱质谱法（Py-GCMS）​，对黄粉虫粪便中残留塑料颗粒进行双重验证：

1.​体积与数量分布检测：量化MP尺寸分布特征

2.​化学结构分析：通过δ13C同位素标记、分子量变化及氧化官能团验证生物降解

3.生物破碎模型构建：建立首个塑料颗粒尺寸动态预测模型

 

三、关键研究发现

1.高效降解能力

    • 6周实验周期内清除率：
      • PS降解率77.3%
      • LDPE降解率71.1%
    • 残留MP主要尺寸：
      • PS颗粒峰值2.75 μm
      • PE颗粒峰值7.27 μm

         

2.​纳米塑料未检出

  • 激光粒度仪（10 nm检测限）及Py-GCMS均未发现NP
  • 模型预测：纳米级颗粒半衰期极短，难在粪便中积累

3.​生物破碎机制

  • 塑料颗粒在肠道内经历梯度破碎
  • 小尺寸颗粒优先被代谢，符合"快速清除理论"

 

四、环境应用与未来方向

本研究为昆虫介导的塑料降解技术提供关键数据支撑：

  • ​实践价值：缓解对NP污染的环境担忧
  • ​技术挑战：需开发超灵敏检测工具（<10 nm）验证极限残留量
  • ​延伸研究：探究不同聚合物（如PP、PET）的破碎规律

 

参考文献：[1] Peng B Y, Xiao S, Sun Y, et al. Unveiling Fragmentation of Plastic Particles during Biodegradation of Polystyrene and Polyethylene Foams in Mealworms: Highly Sensitive Detection and Digestive Modeling Prediction[J]. Environmental Science & Technology, 2023, 57(40): 15099-15111.

 

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