尼龙污染难题怎么办？大肠杆菌尼龙是什么？

1969 年 7 月 21 日，一面被特殊设计过的美国国旗插在了月球表面。其中，旗杆使用的是一种铝材，而国旗的材料是——尼龙，价值 5.5 美元。

作为世界三大合成纤维之一(锦纶也即尼龙，涤纶，腈纶)，尼龙及其衍生物已经遍及人类生活的方方面面：从尼龙丝袜到食品包装薄膜，从汽车模具到发动机舱，从乐器琴弦到绳索帐篷，都能看到尼龙的影子。

然而，带来便利性的同时，尼龙工业的发展，也产生了高能耗、高污染问题。在传统的尼龙合成工艺中，有一种重要的中间产物，己二酸，它的制备需要高温、高压的特殊环境，并且使用硝酸催化，其产生的酸液、废液，处理成本高昂;同时产生大量温室气体。

这一困扰了科学界和工业界半个多世纪的难题，现在有望得到解决。湖北大学生命科学学院、省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室李爱涛教授团队，设计了一条全新的人工生物合成途径，通过使用生物催化剂、空气中的氧为氧化剂、在常温常压下水溶液中即可完成己二酸的制备。研究成果于 10 月 7 日发表在《自然·通讯》杂志上。

李爱涛告诉 DeepTech，这篇论文一经发表，就接到了多个尼龙生产厂家的电话，询问新工艺的成本和稳定性问题。对于尼龙生产企业来说，己二酸作为最重要的中间单体，如果能够在合成工艺上有所突破，将会引发重大的产业变革。

天才的发明

1927年，美国杜邦公司邀请年轻的哈佛大学有机化学讲师华莱士·卡罗瑟斯(Wallace Hume Carothers)加入，并开出了高达 500 美元的月薪，这在当时几乎是哈佛大学同等职位薪水的两倍(267 美元)。然而，真正吸引卡罗瑟斯加入的，却不在于报酬多少。作为一个重度抑郁症患者，他更在乎杜邦公司正在开展的一个新项目：资助那些纯粹的、基础性的研究。

杜邦公司眼光长远。时任副总裁查尔斯·斯坦(Charles Stine)说服了公司董事会，拿出 25 万美元用于纯科研。他们相信，在基础科学领域的突破会带来更长远的商业利益。而卡罗瑟斯作为化学家赫尔曼·施陶丁格的支持者，迫切地想要证明施陶丁格有争议的理论——聚合物可以由几乎无限长度的分子链组成。

宽松的研发环境(纯科学部门)、杰出的有机化学人才(卡罗瑟斯)和强烈的动机(验证争议性理论)都已齐备，新成果呼之欲出。加入杜邦后，卡罗瑟斯的实验室将重点放在聚酰胺的合成上，这是一种由碳、氧、氮、氢原子组成的长链，可以通过旋转、拉伸产生柔韧的弹性纤维。经过一系列实验探索，1935 年 2 月 28 日，卡罗瑟斯用己二胺与己二酸进行缩聚反应，合成了一种名为聚酰胺 66 的聚合物。其熔点高达 263 摄氏度，结构性质更接近天然丝，拉制出的纤维具有丝的外观和光泽，耐磨性也超过了当时任何一种纤维。

然而，实验室里的成功到工业生产还有很遥远的距离。己二酸和己二胺作为实验室试剂，如何实现大规模低成本生产原材料是个大问题。经过杜邦公司的不懈努力，终于在 1938 年 7 月首次实现较低成本生产出聚酰胺纤维，当年 10 月 27 日，杜邦公司宣布世界上第一种合成纤维诞生，并正式命名其为尼龙。

尼龙的发明，从 1928 年杜邦公司决定资助纯科学研究，到 1939 年完全实现工业化生产，前后历时 11 年，耗资 2200 万美元。遗憾的是，发明人卡罗瑟斯并没有看到尼龙材料应用的那天。聚酰胺 66 成功在实验室合成后的第二年，卡罗瑟斯成为了第一个入选国家科学院的有机化学家，即便如此，作为抑郁症患者，他始终认为自己在科学研究上是失败的， 1937 年，卡罗瑟斯服用氰化钾自杀。

天才离去，但是他发明的尼龙材料却持续造福人类。杜邦公司掌握了尼龙纤维合成工艺后，在 1939 的旧金山国际博览会上，以产品“尼龙长筒袜”首秀，引起轰动，人们从来没有见过这种“像钢铁一样坚固，像蛛网一样精细”的材料。1940 年，尼龙丝袜开始公开发售，上市第一年，美国一共卖出了 6400 万双尼龙丝袜，全国各地的妇女都在排队购买。

后来，美国加入第二次世界大战，尼龙成为降落伞的主要材料，用来替代亚洲丝和麻。进一步，尼龙开始替代金属制品，尼龙树脂成为了齿轮、凸轮和阀门的主要材料。

困扰科学家 80 年的问题

时至今日，尼龙的合成工艺已经非常成熟，但是根本的原理并没有发生质的变化。杜邦公司在 20 世纪 30 年代建设的尼龙生产工厂，使用了当时的最新技术，这些技术，依然是今天化工厂的模型。