Ultrazvukem podporovaná enzymatická recyklace plastů

Polyethylentereftalát (PET) je obrovským zdrojem odpadu pocházejícího převážně z použitých lahví na vodu a nápoje. Až donedávna vedla recyklace PET k plastům nízké kvality. Nový zmutovaný enzym slibuje degradaci PET na nedotčenou surovinu, kterou lze použít pro nové vysoce kvalitní plasty. Ultrazvukem podporované enzymy vykazují vyšší účinnost, urychlují enzymatickou recyklaci plastů a zvyšují procesní kapacity.

Ultrazvuku pro enzymatickou recyklaci plastů

Ultrazvuku s vysokou intenzitou a nízkou frekvencí je dobře známý pro své účinky na enzymatické reakce. Sonikace může být použita jak pro aktivaci, tak pro inaktivaci enzymů. Řízená sonikace při nízkých až středních amplitudách aktivuje enzymy a podporuje přenos hmoty mezi enzymy a substrátem, což má za následek zvýšenou katalytickou aktivitu enzymů.
Sonikace mění vlastnosti enzymů, čímž podporuje aktivitu enzymů. Ultrazvuková předúprava substrátu urychluje enzymatické reakce.
Ultrazvukové míchání podporovalo přenos hmoty mezi enzymy a plastovým substrátem, takže enzym může proniknout a degradovat taveninu vysoce krystalického PET. Jako energeticky účinná a snadno ovladatelná technologie pomáhá sonikace recyklovat PET nákladově efektivně a šetrně k životnímu prostředí.

Ultrazvuková disperze enzymu a substrátu

Ultrazvukem generované smyky a mikroturbulence jsou dobře známé svou vysokou účinností, pokud jde o dispergační aplikace. Ultrazvukem indukovaná disperze enzymových agregátů i substrátových aglomerátů zlepšuje enzymatickou katalytickou aktivitu, protože rozklad molekulárních agregátů a aglomerátů zvyšuje aktivní povrch mezi enzymy a substrátem pro reakci.

Ultrazvukem podporovaný enzym kutináza

Sonikace prokázala dobré výsledky při aktivaci enzymu utinázy Thc_Cut1, pokud jde o jeho hydrolýzní aktivitu PET. Ultrazvukem zesílená enzymatická degradace PET měla za následek 6,6násobné zvýšení uvolněných degradačních produktů ve srovnání s neošetřeným PET. Zvýšení procenta krystalických částic (28 %) v PET prášku a filmech vedlo k nižším výtěžkům hydrolýzy, což by mohlo souviset se sníženou dostupností povrchu. (srov. Nikolaivits et al. 2018)

O enzymatické recyklaci plastů

Hydrolyzační enzym listová větev kompostová kutináza (LLC) se vyskytuje v přírodě a přerušuje vazby mezi dvěma stavebními kameny polyethylentereftalátu (PET), tereftalátu a ethylenglykolu. Celková účinnost enzymu a jeho citlivost na teplo jsou však faktory omezující reakci, které výrazně snižují účinnost procesu. Enzym kudináza kompostu z listových větví se začíná rozkládat při 65 °C, zatímco procesy rozkladu PET vyžadují teploty 72 °C nebo vyšší, což je teplota, při které se PET začíná tát. Roztavený PET je důležitým procesním faktorem, protože tavenina nabízí vyšší povrchovou plochu, na které může enzym působit.
Výzkumníci přepracovali přirozeně se vyskytující enzym kudinázu kompostu z listových větví a změnili aminokyseliny v jeho vazebných místech. Výsledkem je mutovaný enzym, který vykazuje 10 000krát zvýšenou aktivitu při rozbíjení PET vazeb (ve srovnání s nativním enzymem LLC) a výrazně zlepšenou tepelnou stabilitu. To znamená, že nový mutovaný enzym se nerozkládá při teplotě 72 °C, což je teplota, při které se PET začíná tavit.
Ultrazvuková dispergace a povrchová aktivace podporuje enzymaticky řízenou katalytickou reakci. Specifické parametry sonikace, jako je ultrazvuková amplituda, čas, teplota a tlak, mohou být přesně vyladěny na typ enzymu, aby se zvýšila jeho katalytická aktivita. Parametry ultrazvukového zpracování a jejich účinky na enzymy závisí na konkrétním typu enzymu, jeho složení aminokyselin a konformační struktuře. Díky tomu má každý typ enzymu optimální procesní podmínky, za kterých je dosaženo optimální aktivace enzymu.

Vysoce výkonné ultrazvukové procesory pro enzymatické reakce

Hielscher Ultrasonics má dlouholeté zkušenosti s navrhováním, výrobou a distribucí vysoce výkonných ultrazvukových přístrojů pro energetické aplikace v laboratoři a průmyslu. Naše znalosti a zkušenosti v oblasti sofistikovaného ultrazvukového zpracování jsou součástí nabídky, kterou poskytujeme našim zákazníkům.
Provázíme naše zákazníky od první konzultace přes testování proveditelnosti a optimalizaci procesů až po konečnou instalaci a provoz vašeho ultrazvukového systému.
Naše přesně ovladatelné ultrazvukové přístroje umožňují ovlivňovat aktivitu enzymů, kinetiku, termodynamické vlastnosti i teplotu zpracování.
Naše portfolio výkonných a spolehlivých ultrazvukových procesorů pokrývá celou škálu od kompaktních ručních laboratorních přístrojů až po stolní a plně průmyslové procesory. Od 200 W výše jsou všechny ultrazvukové přístroje vybaveny digitálním dotykovým displejem, inteligentním softwarem, dálkovým ovládáním prohlížeče a automatickým protokolováním dat na integrovanou SD kartu. Individuálně nastavitelný režim sonikačního cyklu (pulzní režim) umožňuje nastavit a řídit expozici enzymu (čas a období odpočinku) ultrazvukové léčbě. Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu v náročném provozu a v náročných prostředích.
Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators: