Ултразвуково насърчавано ензимно рециклиране на пластмаса

Полиетилен терефталат (PET) е огромен източник на отпадъци, идващ предимно от използвани бутилки за вода и напитки. Доскоро рециклирането на PET водеше до нискокачествени пластмаси. Нов мутантен ензим обещава разграждането на PET до девствена суровина, която може да се използва за нови висококачествени пластмаси. Ултразвуково насърчаваните ензими показват по-висока ефективност, ускорявайки ензимното рециклиране на пластмаси и увеличавайки капацитета на процеса.

Ултразвук за ензимно рециклиране на пластмаса

Високоинтензивната, нискочестотна ултразвукова диагностика е добре известна със своите ефекти върху ензимните реакции. Сонацията може да се използва както за активиране, така и за инактивиране на ензими. Контролираната ултразвук при ниски до средни амплитуди активира ензимите и насърчава преноса на маса между ензимите и субстрата, което води до повишена каталитична активност на ензимите.
Сонацията променя характеристиките на ензима, като по този начин насърчава ензимната активност. Ултразвуковата предварителна обработка на субстрата ускорява ензимните реакции.
Ултразвуковото смесване насърчава преноса на маса между ензимите и пластмасовия субстрат, така че ензимът може да проникне и да разгради стопилката на силно кристалния PET. Като енергийно ефективна и лесна за работа технология, ултразвукът помага за рециклирането на PET рентабилно и екологично.

Ултразвукова дисперсия на ензим и субстрат

Ултразвуково генерираните срязвания и микротурбуленции са добре известни с високата си ефективност, когато става въпрос за диспергиращи приложения. Ултразвуково индуцираната дисперсия на ензимни агрегати, както и на субстратни агломерати, подобрява ензимната каталитична активност, тъй като разграждането на молекулярни агрегати и агломерати увеличава активната повърхност между ензимите и субстрата за реакция.

Ултразвуково насърчаван ензим кутиназа

Соникацията показва добри резултати в активирането на ензима utinase Thc_Cut1 по отношение на неговата PET хидролизна активност. Ултразвуково подобреното ензимно разграждане на PET води до 6,6-кратно увеличение на освободените продукти на разграждане в сравнение с нетретирания PET. Увеличаването на кристалния процент (28%) в PET праха и филмите води до по-ниски добиви на хидролиза, което може да бъде свързано с понижената повърхностна наличност. (срв. Nikolaivits et al. 2018)

Относно ензимното рециклиране на пластмаса

Хидролизният ензим листно-клонен компост кутиназа (LLC) се среща в природата и разрязва връзките между двата градивни елемента на полиетилен терефталат (PET), терефталат и етилен гликол. Въпреки това, цялостната ефективност на ензима и неговата чувствителност към топлина са ограничаващи реакциите фактори, които значително намаляват ефективността на процеса. Ензимът компост от кутиназа на листната клонка започва да се разгражда при 65°C, докато процесите на разграждане на PET изискват температури от 72°C или по-високи, температурата, при която PET започва да се топи. Разтопеният PET е важен процесен фактор, тъй като стопилката предлага по-голяма повърхност, върху която ензимът може да работи.
Изследователите са преработили естествено срещащия се ензим компост кутиназа от листни клони и са променили аминокиселините в местата му на свързване. Това води до мутантен ензим, който показва повишена активност 10 000 пъти при разрушаване на PET връзките (в сравнение с естествения ензим LLC) и значително подобрена топлинна стабилност. Това означава, че новият мутантен ензим не се разгражда при 72°C, температурата, при която PET започва да се топи.
Ултразвуковото диспергиране и повърхностното активиране насърчават ензимно задвижваната каталитична реакция. Специфични параметри на ултразвука като ултразвукова амплитуда, време, температура и налягане могат да бъдат точно настроени към типа ензим, за да се увеличи неговата каталитична активност. Параметрите на ултразвуковата обработка и тяхното въздействие върху ензимите зависят от конкретния тип ензим, неговия аминокиселинен състав и конформационната структура. По този начин всеки тип ензим има оптимални технологични условия, при които се постига оптимална ензимна активация.

Високопроизводителни ултразвукови процесори за ензимни реакции

Hielscher Ultrasonics има дългогодишен опит в проектирането, производството и разпространението на високоефективни ултразвукови апарати за енергийни приложения в лабораториите и индустрията. Нашите знания и опит в сложната ултразвукова обработка са част от предложението, което предоставяме на нашите клиенти.
Ние насочваме нашите клиенти от първата консултация за тестване на осъществимостта и оптимизация на процеса до окончателното инсталиране и експлоатация на вашата ултразвукова система.
Нашите прецизно управляеми ултразвукови устройства позволяват да се влияе на ензимната активност, кинетиката, термодинамичните свойства, както и температурата на обработка.
Нашето портфолио от мощни и надеждни ултразвукови процесори покрива пълната гама от компактни ръчни лабораторни устройства до настолни и напълно индустриални процесори. От 200 вата нагоре, всички ултразвукови устройства са оборудвани с цифров сензорен дисплей, интелигентен софтуер, дистанционно управление на браузъра и автоматично протоколиране на данни на вградена SD-карта. Индивидуално регулируемият режим на ултразвуков цикъл (импулсен режим) позволява да се задава и контролира ензимното излагане (време и периоди на почивка) на ултразвуковото лечение. Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява 24/7 работа при тежки натоварвания и в взискателни среди.
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати: