可(ke)堆(dui)(dui)肥(fei)(fei)塑(su)料支持有(you)(you)機廢棄物的(de)(de)分(fen)類收(shou)集。然(ran)(ran)而(er)有(you)(you)些(xie)人擔心分(fen)解過(guo)程中產生(sheng)的(de)(de)碎片可(ke)能無法(fa)完全生(sheng)物降解，在(zai)堆(dui)(dui)肥(fei)(fei)中留下(xia)(xia)持久(jiu)的(de)(de)微塑(su)料。我們(men)在(zai)堆(dui)(dui)肥(fei)(fei)中添(tian)加了含有(you)(you)聚(ju)乳酸(suan)的(de)(de)芳香脂(zhi)肪族聚(ju)酯顆粒(li)，然(ran)(ran)后在(zai)工業(ye)堆(dui)(dui)肥(fei)(fei)條件下(xia)(xia)跟蹤其分(fen)解情況。我們(men)將所(suo)得結果(guo)與聚(ju)乙烯進行(xing)了比較(jiao)。通(tong)過(guo)空白(bai)對(dui)(dui)照、峰形(xing)對(dui)(dui)照和預標記塑(su)料，對(dui)(dui)提取方案和輔助顯微方法(fa)（μ-拉曼(man)和熒光）的(de)(de)有(you)(you)效(xiao)性進行(xing)了評估。25-75 μm 大小的(de)(de)碎片代表了最明顯的(de)(de)臨時(shi)碎片峰，在(zai)工業(ye)堆(dui)(dui)肥(fei)(fei) 1 周后已達到這(zhe)一峰值。粒(li)徑較(jiao)大的(de)(de)顆粒(li)達到峰值的(de)(de)時(shi)間較(jiao)早，而(er)粒(li)徑較(jiao)小的(de)(de)顆粒(li)達到峰值的(de)(de)時(shi)間較(jiao)晚，且出現的(de)(de)頻(pin)率較(jiao)低。對(dui)(dui)于所(suo)有(you)(you)尺寸(cun)的(de)(de)顆粒(li)，當90% 的(de)(de)聚(ju)合(he)物碳轉化為 CO₂ 時，所有尺(chi)寸的(de)(de)(de)(de)顆粒的(de)(de)(de)(de)數量(liang)和質(zhi)量(liang)都降(jiang)至空白水平。凝膠滲透色譜(pu)（GPC）分析表明，解聚是崩(beng)解的(de)(de)(de)(de)主要動(dong)力。觀察(cha)到顆粒成分向(xiang)較低聚乳(ru)酸比(bi)例的(de)(de)(de)(de)瞬(shun)時轉變。生物降(jiang)解過(guo)程(cheng)中的(de)(de)(de)(de)塑料按預期的(de)(de)(de)(de)分解途徑碎裂，但沒有觀察(cha)到任何大小的(de)(de)(de)(de)顆粒碎片堆積。

在(zai)(zai)工業堆肥(fei)(fei)條件(jian)下通過生(sheng)物降解(jie)(jie)實驗對破碎過程(cheng)進行了研(yan)究，允許跟(gen)蹤釋(shi)放(fang)的(de)(de)二(er)氧化(hua)碳（圖(tu)1a），從而(er)對礦(kuang)(kuang)化(hua)程(cheng)度進行精(jing)確采樣。陽性(xing)對照纖維素的(de)(de)礦(kuang)(kuang)化(hua)曲線與歷史對照的(de)(de)礦(kuang)(kuang)化(hua)曲線一(yi)(yi)致。ecovio PS1606 和預標(biao)記的(de)(de) ecovio 的(de)(de)曲線在(zai)(zai)出 3 至 10 周之間(jian)出現了偏差，這(zhe)是(shi)由于(yu) PLA 在(zai)(zai)與染料復合(he)過程(cheng)中發(fa)生(sheng)熱降解(jie)(jie)。值(zhi)得注意的(de)(de)是(shi)，圖(tu) 1和2中的(de)(de)裂解(jie)(jie)動力學是(shi)沒有預標(biao)記過程(cheng)的(de)(de)環(huan)境相關情況（另請參見方(fang)法(fa)和材料）。大粒徑微(wei)粉化(hua)材料對礦(kuang)(kuang)化(hua)速(su)率有強烈(lie)的(de)(de)影響，其比用于(yu)紙(zhi)張涂層（例(li)如(ru)，用于(yu)可堆肥(fei)(fei)杯(bei)應用）的(de)(de) 25μm 薄膜(mo)高(gao)一(yi)(yi)個數量級。從 60% 礦(kuang)(kuang)化(hua)度開始，兩條曲線都(dou)過渡到(dao)線性(xing)階(jie)段(duan)，而(er)不是(shi)達到(dao)平(ping)臺期(qi)。此行為可能由于(yu)：(1)聚(ju)合(he)碳被快速(su)吸收到(dao)生(sheng)物質中，然后緩慢礦(kuang)(kuang)化(hua)；(2) 限速(su)表(biao)面侵蝕過程(cheng)，或 (3) 由于(yu)PLA 在(zai)(zai)初始階(jie)段(duan)快速(su)水解(jie)(jie)，局(ju)部酸(suan)性(xing) pH 值(zhi)過渡性(xing)抑制代(dai)謝(xie)。在(zai)(zai)同一(yi)(yi)過程(cheng)中，陰(yin)性(xing)對照 LDPE如(ru)預期(qi)那樣沒有發(fa)生(sheng)降解(jie)(jie)（圖(tu) 1a，虛(xu)線）。

四(si)個采(cai)樣點與生物降解過程(cheng)的(de)關(guan)鍵(jian)階(jie)段相關(guan)：開(kai)始時(shi)、第(di) 1 周(zhou)（約 6% 礦(kuang)化(hua)）、第(di) 10 周(zhou)（50% 礦(kuang)化(hua)）和最后 26 周(zhou)（90% 礦(kuang)化(hua)）。

在碎片提取方面，我們使用橄欖油對部分生物降解的聚氨酯進行非常溫和的工藝處理，但生物降解使聚合物的疏水性降低，而疏水性是提高提取效率的驅動力。在這里，我們結合超聲處理來解聚附著在其他堆肥顆粒上的塑料碎片，氧化以去除有機背景并保證被拉曼光譜正確識別，密度分離以去除Fenton殘留物和堆肥無機成分（圖S2）。之前研究已經表明，芳香族-脂肪族聚酯的粒度分布、表面紋理和表面化學沒有受到影響。在空白堆肥中，我們發現大部分堆肥碎片沒有特定的拉曼光譜（歸因于富含自體熒光木質素的顆粒、硅酸鹽和脂肪酸酯）以及聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯和聚苯乙烯的碎片（表S1）。超聲處理沒有顯著改變碎片的粒度分布（圖S3）。使用超聲處理進行解聚。檢驗酸性密度分離介質 ZnCl2的適用性：部分（1 周）堆肥聚合物在萃取后立即進行分析，然后在基于 ZnCl₂ 的萃取(qu)液中儲存 1 個月后重新進(jin)行分析，結果相(xiang)同（圖 S4）。

為了建立破碎動力學，顆粒提取和μ-拉曼分析的結果按尺寸和化學成分進行分類(表S2?S5)，其中圖1b顯示了每個取樣時間段，每塊堆肥中被鑒定為芳香脂肪族聚酯的碎片的大小尺寸分布情況。在堆肥開始時，LDPE 和 ecovio 聚合物的碎片數量相當（每克堆肥近 10,000 個），然而 26 周后，ecovio 碎片數量減少了 3 個數量級，達到每克 3 ± 3 個（圖 1b，綠色柱狀顯示了重復樣品的尺寸分布，總計數為 5 個顆粒）。這一最終計數與每克 5 ± 5 的空白計數相比并不顯著（表S1）。結果與 90% 的塑料碳被生物礦化為 CO₂ （圖 1a）的(de)結果一致，此外(wai)還顯示可檢測顆粒減(jian)少至空白水平。相(xiang)比之下，LDPE 的(de)數量僅(jin)減(jian)少了 7%，這對于重(zhong)復分(fen)析的(de)不(bu)確定性而(er)言并不(bu)顯著。

μ-拉曼顯(xian)(xian)微(wei)(wei)鏡對聚合物類型具有(you)(you)較高的(de)選擇性(xing)，并(bing)且具有(you)(you)比(bi)紅外顯(xian)(xian)微(wei)(wei)鏡更(geng)好的(de)空間分(fen)辨率(lv)，但在(zai)(zai)(zai)這方面仍然(ran)受到(dao)限制。熒(ying)(ying)(ying)光(guang)顯(xian)(xian)微(wei)(wei)鏡通過尼羅(luo)紅染色提高空間分(fen)辨率(lv)并(bing)保留基(ji)本特異性(xing)。然(ran)而(er)，尼羅(luo)紅可能會(hui)對天然(ran)存在(zai)(zai)(zai)的(de)堆肥顆粒或其他微(wei)(wei)塑料(liao)造成染色，從而(er)增(zeng)(zeng)加顆粒計(ji)數。因此，我們用熒(ying)(ying)(ying)光(guang)染料(liao)（Lumogen Yellow）預(yu)先標記了(le)相同的(de)芳(fang)香(xiang)族(zu)-脂肪族(zu)聚酯。Lumogen Yellow預(yu)標記和尼羅(luo)紅后(hou)(hou)(hou)標記的(de)熒(ying)(ying)(ying)光(guang)疊加（圖(tu)S5a和1c），以及各自(zi)尺(chi)寸(cun)分(fen)布(bu)的(de)極好匹(pi)配（圖(tu)5b)，顯(xian)(xian)示出足夠的(de)特異性(xing)。通過熒(ying)(ying)(ying)光(guang)分(fen)析與μ-拉曼顯(xian)(xian)微(wei)(wei)鏡相比(bi)，熒(ying)(ying)(ying)光(guang)顯(xian)(xian)微(wei)(wei)鏡對破碎動力(li)學的(de)分(fen)析更(geng)清楚(chu)地揭(jie)示了(le)碎片尺(chi)寸(cun)依賴性(xing)（圖(tu) 1d）：最大(da)的(de)碎片（125?2000μm）從一開始就單調衰(shuai)減(jian)(jian)；75?125μm 的(de)部(bu)分(fen)最初(chu)停滯不前，僅在(zai)(zai)(zai) 1 周后(hou)(hou)(hou)開始衰(shuai)減(jian)(jian)；25?75μm 的(de)部(bu)分(fen)從開始到(dao) 1 周增(zeng)(zeng)加了(le)三倍，然(ran)后(hou)(hou)(hou)減(jian)(jian)少；最小可檢(jian)測到(dao)的(de)3? 25μm部(bu)分(fen)，在(zai)(zai)(zai)10周內持續增(zeng)(zeng)加，然(ran)后(hou)(hou)(hou)下降(jiang)(jiang)。在(zai)(zai)(zai) 26 周時，所(suo)有(you)(you)部(bu)分(fen)都(dou)恢(hui)復到(dao)基(ji)線(xian)（圖(tu) 1d）。Accinelli 等(deng)人在(zai)(zai)(zai)土壤中也(ye)觀察到(dao)了(le)從較大(da)尺(chi)寸(cun)到(dao)較小尺(chi)寸(cun)的(de)持續再分(fen)布(bu)，但沒有(you)(you)像這里一樣對降(jiang)(jiang)解的(de)最后(hou)(hou)(hou)階段進行跟蹤。

在(zai)25?75μm顆(ke)(ke)粒(li)范圍內，間(jian)歇性(xing)生(sheng)(sheng)成超(chao)過(guo)了較(jiao)大(da)顆(ke)(ke)粒(li)的(de)(de)(de)(de)損(sun)耗，是由(you)于(yu)它們(men)的(de)(de)(de)(de)碎裂導致，而不僅僅是它們(men)的(de)(de)(de)(de)縮小(xiao)(xiao)。然而，表(biao)(biao)面侵蝕(shi)(shi)引起的(de)(de)(de)(de)顆(ke)(ke)粒(li)收(shou)縮可能足以(yi)解釋(shi) 3? 25μm 粒(li)徑區的(de)(de)(de)(de)延(yan)遲生(sheng)(sheng)成和降(jiang)(jiang)解。熒光顯微(wei)鏡（圖(tu)1d）的(de)(de)(de)(de)總數高于(yu)μ-拉曼顯微(wei)鏡（圖(tu)1b），這(zhe)是因(yin)為(wei)熒光顯微(wei)鏡的(de)(de)(de)(de)分(fen)辨率更高，對異種(zhong)或同種(zhong)團聚體(ti)中的(de)(de)(de)(de)顆(ke)(ke)粒(li)的(de)(de)(de)(de)分(fen)割能力(li)也(ye)更強。這(zhe)些補充技術證實(shi)(shi)，所(suo)有可檢(jian)測(ce)尺(chi)(chi)寸的(de)(de)(de)(de)片段均進一(yi)步降(jiang)(jiang)解，并(bing)(bing)且沒有檢(jian)測(ce)到顆(ke)(ke)粒(li)的(de)(de)(de)(de)積(ji)累(lei)。小(xiao)(xiao)碎片的(de)(de)(de)(de)有效(xiao)降(jiang)(jiang)解，是由(you)于(yu)酶降(jiang)(jiang)解率與較(jiao)小(xiao)(xiao)碎片的(de)(de)(de)(de)較(jiao)大(da)比(bi)表(biao)(biao)面積(ji)成比(bi)例關(guan)(guan)系，正如對酶表(biao)(biao)面侵蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)預(yu)測(ce)，并(bing)(bing)通(tong)過(guo)實(shi)(shi)驗(yan)證實(shi)(shi)。由(you)于(yu)存在(zai)比(bi)例關(guan)(guan)系，在(zai)一(yi)定的(de)(de)(de)(de)尺(chi)(chi)寸和時間(jian)內，該(gai)尺(chi)(chi)寸的(de)(de)(de)(de)流(liu)出速(su)率（通(tong)過(guo)侵蝕(shi)(shi)）應(ying)超(chao)過(guo)該(gai)尺(chi)(chi)寸的(de)(de)(de)(de)流(liu)入速(su)率（通(tong)過(guo)較(jiao)大(da)尺(chi)(chi)寸的(de)(de)(de)(de)破(po)碎），由(you)此產(chan)生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)尺(chi)(chi)寸分(fen)布應(ying)該(gai)向較(jiao)小(xiao)(xiao)尺(chi)(chi)寸減少；應(ying)該(gai)會出現一(yi)個(ge)(ge)峰(feng)值。在(zai)我們(men)的(de)(de)(de)(de)實(shi)(shi)驗(yan)中，觀察(cha)到了這(zhe)個(ge)(ge)峰(feng)值，特別是在(zai) 25?75μm 的(de)(de)(de)(de)部分(fen)。納米塑(su)料碎片的(de)(de)(de)(de)積(ji)累(lei)（低于(yu)1μm）與破(po)碎和侵蝕(shi)(shi)聯(lian)合作用的(de)(de)(de)(de)模(mo)型不一(yi)致，但目前檢(jian)測(ce)限(xian)為(wei)3μm的(de)(de)(de)(de)實(shi)(shi)驗(yan)數據，不能排除(chu)其他機制產(chan)生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)納米塑(su)料。

酶裂解會導致聚合物鏈斷裂，這在摩爾質量分布中可以觀察到。該參數可以選擇性地針對粒子進行測量。我們發現，即使在 10 周后，當 50% 的原始聚合物碳轉化為 CO₂ 時，構成碎片的聚合物仍類似于原始摩爾質量分布（圖 2a）。相比之下，索氏提取堆肥中的顆粒和聚合物以其他形式存在（例如溶解、吸附、生物同化），顯示摩爾質量逐漸降低且呈多分散狀態（圖2c）。因此，我們確定解聚是縮短的且親水性更強的聚合物鏈從顆粒上脫離的驅動力，因為纏結力和范德華力減弱了。脫離的聚合物鏈可以被生物吸收并并轉化為生物質和 CO₂ 。我們(men)還通過(guo)使用帶有(you)(you)折射率 (RI) 和(he)紫外線 (UV) 檢測的(de)(de) GPC 確定了(le)化(hua)合(he)物(wu)中不同聚(ju)(ju)合(he)物(wu)的(de)(de)貢獻(xian)。所(suo)有(you)(you)聚(ju)(ju)合(he)物(wu)的(de)(de)摩(mo)爾質(zhi)量（GPC-RI，圖(tu)(tu) 2c）與(yu)(yu)芳香(xiang)族脂肪族聚(ju)(ju)酯的(de)(de)摩(mo)爾質(zhi)量（GPC-UV，圖(tu)(tu) 2d）之間(jian)的(de)(de)比(bi)較(jiao)表(biao)明， PLA 的(de)(de)水解(jie)速度更(geng)快(kuai)。這與(yu)(yu)剩余碎片的(de)(de)組成非常吻合(he)，逐漸(jian)從原(yuan)始的(de)(de) ecovio 化(hua)合(he)物(wu)轉(zhuan)向(xiang) PLA 含量較(jiao)低的(de)(de)碎片（圖(tu)(tu) 2b）。這種轉(zhuan)變歸因(yin)于PLA在(zai)58°C的(de)(de)工(gong)業堆肥條(tiao)件下(xia)，溫度引(yin)起的(de)(de)快(kuai)速水解(jie)。值得注意的(de)(de)是，成分的(de)(de)轉(zhuan)變并不是“轉(zhuan)化(hua)”，因(yin)為(wei)同時所(suo)有(you)(you)聚(ju)(ju)酯碎片的(de)(de)顆粒數（圖(tu)(tu)1c）減少到空(kong)白水平。熒光顯微鏡不依(yi)賴于光譜庫(ku)的(de)(de)擬合(he)，它提(ti)供了(le)更(geng)多證據(ju)來(lai)反(fan)駁產生持久性(xing)微塑料(liao)的(de)(de)假設，因(yin)為(wei)所(suo)有(you)(you)聚(ju)(ju)合(he)物(wu)碎片的(de)(de)數量都(dou)減少到了(le)空(kong)白水平（圖(tu)(tu) 1d）。