Recyclage enzymatique des plastiques par ultrasons

Le polyéthylène téréphtalate (PET) est une énorme source de déchets provenant principalement des bouteilles d'eau et de boissons usagées. Jusqu'à récemment, le recyclage du PET donnait des plastiques de mauvaise qualité. Une nouvelle enzyme mutante promet la dégradation du PET en matière première vierge, qui peut être utilisée pour de nouveaux plastiques de haute qualité. Les enzymes promues par ultrasons montrent une efficacité supérieure, accélérant le recyclage enzymatique des plastiques et augmentant les capacités de traitement.

Les ultrasons pour le recyclage enzymatique des plastiques

Les ultrasons à haute intensité et basse fréquence sont bien connus pour leurs effets sur les réactions enzymatiques. La sonication peut être utilisée à la fois pour l'activation et l'inactivation des enzymes. La sonication contrôlée à des amplitudes faibles à moyennes active les enzymes et favorise le transfert de masse entre les enzymes et le substrat, ce qui se traduit par une augmentation de l'activité catalytique des enzymes.
La sonication modifie les caractéristiques des enzymes, favorisant ainsi l'activité enzymatique. Le prétraitement ultrasonique du substrat accélère les réactions enzymatiques.
Le mélange ultrasonique a favorisé le transfert de masse entre les enzymes et le substrat plastique, de sorte que l'enzyme peut pénétrer et dégrader la masse fondue du PET hautement cristallin. La sonication est une technologie efficace sur le plan énergétique et facile à utiliser, qui permet de recycler le PET de manière rentable et écologique.

Dispersion ultrasonique de l'enzyme et du substrat

Le cisaillement et les micro-turbulences générés par les ultrasons sont bien connus pour leur grande efficacité lorsqu'il s'agit de disperser des applications. La dispersion induite par ultrasons des agrégats d'enzymes ainsi que des agglomérats de substrat améliore l'activité catalytique enzymatique puisque la décomposition des agrégats moléculaires et des agglomérats augmente la surface active entre les enzymes et le substrat pour la réaction.

Enzyme cutinase promue par ultrasons

La sonication a montré de bons résultats dans l'activation de l'enzyme utinase Thc_Cut1 en ce qui concerne son activité d'hydrolyse de la TEP. La dégradation enzymatique de la TEP par ultrasons a entraîné une multiplication par 6,6 des produits de dégradation libérés par rapport à la TEP non traitée. Une augmentation du pourcentage de cristaux (28 %) dans la poudre et les films de TEP a entraîné des rendements d'hydrolyse plus faibles, ce qui pourrait être lié à la diminution de la disponibilité en surface. (cf. Nikolaivits et al. 2018)

À propos du recyclage enzymatique des plastiques

L'enzyme hydrolysant la cutinase des feuilles et des branches du compost (LLC) est présente dans la nature et coupe les liens entre les deux éléments constitutifs du polyéthylène téréphtalate (PET), le téréphtalate et l'éthylène glycol. Cependant, l'efficacité globale de l'enzyme et sa thermosensibilité sont des facteurs limitant la réaction, ce qui réduit considérablement l'efficacité du processus. L'enzyme cutinase du compost de feuilles et de branches commence à se dégrader à 65°C, alors que les processus de dégradation du PET nécessitent des températures de 72°C ou plus, température à laquelle le PET commence à fondre. Le PET fondu est un facteur de processus important, car la fusion offre une surface plus importante sur laquelle l'enzyme peut agir.
Les chercheurs ont modifié l'enzyme cutinase du compost naturel de feuilles et de branches et changé les acides aminés sur ses sites de liaison. Il en résulte une enzyme mutante qui présente une activité 10 000 fois supérieure pour rompre les liaisons PET (par rapport à l'enzyme LLC native) et une stabilité à la chaleur nettement améliorée. Cela signifie que la nouvelle enzyme mutante ne se décompose pas à 72°C, la température à laquelle la TEP commence à fondre.
La dispersion ultrasonique et l'activation de la surface favorisent la réaction catalytique déclenchée par l'enzyme. Des paramètres de sonication spécifiques tels que l'amplitude, le temps, la température et la pression des ultrasons peuvent être exactement adaptés au type d'enzyme pour augmenter son activité catalytique. Les paramètres de traitement ultrasonique et leurs effets sur les enzymes dépendent du type d'enzyme spécifique, de sa composition en acides aminés et de sa structure conformationnelle. Ainsi, chaque type d'enzyme a des conditions de traitement optimales dans lesquelles une activation enzymatique optimale est obtenue.

Processeurs ultrasoniques à haute performance pour les réactions enzymatiques

Hielscher Ultrasons a une longue expérience dans la conception, la fabrication et la distribution d'ultrasons à hautes performances pour des applications de puissance en laboratoire et dans l'industrie. Nos connaissances et notre expérience en matière de traitement ultrasonique sophistiqué font partie de l'offre que nous proposons à nos clients.
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Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicators: