Technologie des ultrasons Hielscher

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.

Le processeur ultrasonique UIP4000hdT, un puissant réacteur ultrasonique de 4kW

UIP4000hdT, un puissant processeur à ultrasons de 4000 watts

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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)

Effets des ultrasons sur les réactions enzymatiques :

  • augmente l'activité enzymatique
  • accélère les réactions enzymatiques
  • entraîne des réactions plus complètes

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.

Avantages de Ultrasons

  • augmentation de transfert de masse
  • Augmentation de la constante du taux
  • Efficacité catalytique accrue
  • Précisément contrôlable pour répondre au point de rencontre des enzymes
  • Tests sans risque
  • Linéairement extensible
  • rentable
  • Sûr et simple à utiliser
  • Faible entretien
  • rapide RoI
  • respectueux de l'environnement
Cuve à ultrasons agitée pour le traitement par lots

Réservoir avec ultrasonateurs de 8 kW (4x UIP2000hdT) et agitateur

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.
Nous guidons nos clients depuis la première consultation jusqu'à l'installation finale et l'exploitation de votre système à ultrasons, en passant par les tests de faisabilité et l'optimisation des processus.
Nos dispositifs à ultrasons, contrôlables avec précision, permettent d'influencer l'activité enzymatique, la cinétique, les propriétés thermodynamiques ainsi que la température de traitement.
Notre portefeuille de processeurs ultrasoniques puissants et fiables couvre toute la gamme, de l'appareil de laboratoire portable compact aux processeurs de table et entièrement industriels. À partir de 200 watts, tous les appareils à ultrasons sont équipés d'un écran tactile numérique, d'un logiciel intelligent, d'une commande à distance par navigateur et d'un enregistrement automatique des données sur une carte SD intégrée. Le mode de cycle de sonication réglable individuellement (mode pulsé) permet de régler et de contrôler l'exposition des enzymes (temps et périodes de repos) au traitement ultrasonique. La robustesse de l'équipement ultrasonique de Hielscher permet un fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans des conditions difficiles.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicators:

lot Volume Débit Appareils recommandés
1 à 500 ml 10 à 200 ml / min UP100H
10 à 2000mL 20 à 400 ml / min UP200Ht, UP400St
0.1 20L 00,2 à 4L / min UIP2000hdT
10 à 100l 2 à 10 L / min UIP4000hdT
n / a. 10 à 100 litres / min UIP16000
n / a. plus grand groupe de UIP16000

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Hielscher Ultrasons fabrique des homogénéisateurs ultrasoniques haute performance pour la dispersion, l'émulsification et l'extraction cellulaire.

Homogénéisateurs ultrasoniques de haute puissance de laboratoires à pilote et Industriel échelle.

Littérature / Références



Qu'il faut savoir

Forces de cavitation acoustiques

Les ultrasons à basse fréquence et à haute intensité (environ 20 – 50kHz) provoque une cavitation acoustique / ultrasonique qui produit des effets physiques, mécaniques et chimiques. Les effets de la cavitation acoustique peuvent être observés par la formation, la croissance et l'effondrement violent de minuscules bulles de vide, qui se produisent en raison des fluctuations de pression des ondes ultrasonores couplées dans un liquide. Lors de l'implosion des bulles de cavitation, il se produit ce que l'on appelle des points chauds, qui sont confinés dans un espace restreint et de courte durée. Ces points chauds locaux se caractérisent par un chauffage intense d'au moins 5000 K, des pressions allant jusqu'à 1200 bars et des différences de température et de pression élevées se produisant en quelques millisecondes. Les gouttelettes et les particules du liquide sont accélérées en jets de liquide à des vitesses pouvant atteindre 208 m/s.

La cavitation ultrasonore/acoustique crée des forces très intenses qui activent la surface des enzymes et favorisent le transfert de masse entre les enzymes et le substrat (Cliquez pour agrandir !)

Le traitement ultrasonique des enzymes est basé sur la cavitation acoustique et ses forces de cisaillement hydrodynamiques