Ultrazvukem podporována enzymatické recyklace plastů

Polyethylentereftalát (PET) je obrovský zdroj odpadu pocházející převážně z použitých lahví na vodu a nápoje. Až donedávna vedla recyklace PET k nekvalitním plastům. Nový mutantní enzym slibuje degradaci PET na nedotčenou surovinu, kterou lze použít pro nové vysoce kvalitní plasty. Ultrazvukem propagované enzymy vykazují vyšší účinnost, urychlují enzymatickou recyklaci plastů a zvyšují procesní kapacity.

Ultrazvuku pro enzymatické recyklace plastů

Vysoká intenzita, nízkofrekvenční ultrazvuku je dobře známý pro své účinky na enzymatické reakce. Sonikace může být použita jak pro aktivaci, tak pro inaktivaci enzymů. Řízená použití ultrazvuku při nízkých až středních ampliudách aktivuje enzymy a podporuje přenos hmoty mezi enzymy a substrátem, což vede ke zvýšené katalytické aktivitě enzymů.
Sonikace mění enzymové charakteristiky a tím podporuje enzymovou aktivitu. Ultrazvukový substrát předčištění urychluje enzymatické reakce.
Ultrazvukové míchání podpořilo 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 použití ultrazvuku recyklovat PET nákladově efektivně a šetrně k životnímu prostředí.

Ultrazvukový disperze enzymu a substrátu

Ultrazvukem generované smyku a mikroturbulence jsou dobře známé pro jejich vysokou účinnost, pokud jde o disperzní aplikace. Ultrazvukem indukovaná disperze enzymových agregátů a substrátů zlepšuje enzymatickou katalytickou aktivitu, protože rozpad molekulárních agregátů a aglomerátů zvyšuje aktivní povrchovou plochu mezi enzymy a substrátem pro reakci.

Ultrazvukem podporovaný enzym cutinázy

Sonikace ukázala dobré výsledky v aktivaci enzymu utinase Thc_Cut1 v souvislosti s jeho PET hydrolýzy aktivity. Ultrazvukem zvýšená enzymatická degradace PET vedla k 6,6násobnému zvýšení uvolněných produktů rozkladu ve srovnání s neošetřeným PET. Zvýšení krystalického procenta (28 %) v PET prášku a filmech vedly k nižším výtěžkům hydrolýzy, které by mohly souviset se sníženou povrchovou avaialitou. (srov. Nikolaivits et al. 2018)

O enzymatické recyklaci plastů

Hydrolyzní enzym list-větev kompostu cutinázy (LLC) se vyskytuje v přírodě a řeže vazby mezi dvěma stavebními kameny polyethylentereftalátu (PET), tereftalátu a ethylenglykolu. Nicméně, celková účinnost enzymu a jeho tepelná citlivost jsou reakční omezující faktory, které výrazně snižují účinnost procesu. Enzym karpostu řezinázy v listové větvi začne degradovat při 65 °C, zatímco procesy degradace PET vyžadují teploty 72 °C nebo vyšší, přičemž teplota, při které se PET začne tát. Roztavený PET je důležitým procesním faktorem, protože tavenina nabízí vyšší plochu, na které může enzym pracovat.
Reasearchers mají re-inženýrství přirozeně se vyskytující list-větev kompostu cutinázy enzymu a změnil aminokyseliny na jeho vazebných místech. To mělo za následek mutantní enzym, který vykazuje zvýšenou aktivitu 10 000krát v lámání PET vazeb (ve srovnání s nativním enzymem LLC) a výrazně zlepšenou tepelnou stabilitu. To znamená, že nový mutantní enzym se nerozkládá při 72 °C, což je teplota, při které se PET začne tát.
Ultrazvukové dispergační a povrchové aktivace podporuje enzymaticky řízený katalytické reakce. Specifické parametry použití ultrazvuku, jako je ultrazvuková amplituda, čas, teplota a tlak mohou být přesně naladěny na typ enzymu pro zvýšení jeho katalytické aktivity. Ultrazvukové parametry zpracování a jejich účinky na enzymy závisí na specifickém typu enzymu, jeho složení aminokyselin a konformační struktuře. Tím má každý typ enzymu optimální procesní podmínky, za kterých je dosaženo optimální aktivace enzymu.

Vysoce výkonné ultrazvukové procesory pro enzymatické reakce

Hielscher Ultrazvuk je dlouholeté zkušenosti v navrhování, výroba a distribuce vysoce výkonné ultrasonicators pro energetické aplikace v laboratoři a průmyslu. Naše znalosti a zkušenosti v sofistikované ultrazvukové zpracování je součástí nabídky poskytujeme našim zákazníkům.
Vedeme naše zákazníky od první konzultace o testování proveditelnosti a optimalizaci procesů až po konečnou instalaci a provoz vašeho ultrazvukového systému.
Naše přesně kontrolovatelné ultrazvukové přístroje umožňují ovlivnit enzymovou aktivitu, kinetiku, termodynamické vlastnosti a teplotu zpracování.
Naše portfolio výkonných a spolehlivých ultrazvukových procesorů pokrývá celou řadu od kompaktního ručního laboratorního zařízení až po stolní a plně průmyslové procesory. Od 200 wattů nahoru jsou všechna ultrazvuková zařízení vybavena digitálním dotykovým displejem, inteligentním softwarem, dálkovým ovládáním prohlížeče a automatickým protokolováním dat na integrované SD kartě. Individuálně nastavitelný režim cyklu použití ultrazvuku (režim puls) umožňuje nastavit a řídit expozici enzymu (doba a doba odpočinku) ultrazvukovému ošetření. Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje nepřetržitý provoz v těžkých a náročných prostředích.
Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators: