Ultrasonically Promoted Enzymatic Plastic Recycling
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)는 주로 사용한 물과 음료수 병에서 나오는 거대한 폐기물 배출원입니다. 최근까지만 해도 PET를 재활용하면 플라스틱의 품질이 떨어졌습니다. 새로운 돌연변이 효소는 PET를 새로운 고품질 플라스틱에 사용할 수 있는 깨끗한 원료로 분해할 것을 약속합니다. 초음파로 촉진된 효소는 더 높은 효율성을 보여 플라스틱의 효소 재활용을 가속화하고 공정 용량을 증가시킵니다.
효소 플라스틱 재활용을 위한 초음파 처리
고강도, 저주파 초음파는 효소 반응에 미치는 영향으로 잘 알려져 있습니다. 초음파 처리는 효소의 활성화와 불활성화 모두에 사용할 수 있습니다. 낮은 진폭에서 중간 진폭의 제어 된 초음파 처리는 효소를 활성화하고 효소와 기질 사이의 질량 전달을 촉진하여 효소의 촉매 활성을 증가시킵니다.
초음파 처리는 효소 특성을 변화시켜 효소 활성을 촉진합니다. 초음파 기판 전처리는 효소 반응을 가속화합니다.
초음파 혼합은 효소와 플라스틱 기판 사이의 질량 전달을 촉진하여 효소가 고결정성 PET의 용융물을 침투하여 분해 할 수 있습니다. 에너지 효율적이고 작동하기 쉬운 기술인 초음파 처리는 PET를 비용 효율적이고 환경 친화적으로 재활용하는 데 도움이 됩니다.
효소와 기질의 초음파 분산
초음파로 생성된 전단 및 미세 난류는 분산 응용 분야와 관련하여 높은 효율성으로 잘 알려져 있습니다. 효소 응집체와 기질 응집체의 초음파 유도 분산은 분자 응집체와 응집체의 분해가 반응을 위한 효소와 기질 사이의 활성 표면적을 증가시키기 때문에 효소 촉매 활성을 향상시킵니다.
초음파로 촉진된 Cutinase 효소
초음파 처리는 PET 가수 분해 활성과 관련하여 효소 utinase Thc_Cut1의 활성화에 좋은 결과를 보여주었습니다. PET의 초음파로 강화된 효소 분해는 처리되지 않은 PET에 비해 방출된 분해 산물의 6.6배 증가를 가져왔습니다. PET 분말 및 필름의 결정질 비율(28%)이 증가하면 가수분해 수율이 낮아졌으며, 이는 표면 가용성 저하와 관련이 있을 수 있습니다. (Nikolaivits et al. 2018 참조)
- 효소 활성 강화
- 효소 반응 가속화
- 보다 완전한 반응을 제공합니다.
Enzymatic Plastic Recycling 소개
가수분해 효소인 잎가지 퇴비 큐티나제(LLC)는 자연에서 발생하며 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 테레프탈레이트 및 에틸렌 글리콜의 두 구성 요소 사이의 결합을 절단합니다. 그러나 효소의 전반적인 효과와 열 민감도는 공정 효율성을 크게 감소시키는 반응 제한 요인입니다. 잎가지 퇴비 큐티나아제 효소는 65°C에서 분해되기 시작하는 반면, PET 분해 공정에는 PET가 녹기 시작하는 온도인 72°C 이상의 온도가 필요합니다. 용융 PET는 용융물이 효소가 작용할 수 있는 더 높은 표면적을 제공하기 때문에 중요한 공정 요소입니다.
Reasearchers는 자연적으로 발생하는 잎 가지 퇴비 큐티나제 효소를 재설계하고 결합 부위의 아미노산을 변화시켰습니다. 그 결과 PET 결합을 끊는 데 활성이 10,000배 증가하고(네이티브 LLC 효소에 비해) 열 안정성이 크게 개선된 돌연변이 효소가 생성되었습니다. 이는 새로운 돌연변이 효소가 PET가 녹기 시작하는 온도인 72°C에서 분해되지 않는다는 것을 의미합니다.
초음파 분산 및 표면 활성화는 효소 구동 촉매 반응을 촉진합니다. 초음파 진폭, 시간, 온도 및 압력과 같은 특정 초음파 처리 매개 변수를 효소 유형에 맞게 정확하게 조정하여 촉매 활성을 증가시킬 수 있습니다. 초음파 처리 매개 변수와 효소에 미치는 영향은 특정 효소 유형, 아미노산 구성 및 구조적 구조에 따라 다릅니다. 이에 의해, 각 효소 유형은 최적의 효소 활성화가 달성되는 최적의 공정 조건을 갖는다.
- 질량 전달 증가
- 속도 상수를 늘렸습니다.
- 촉매 효율 향상
- 효소의 스위트 스폿을 충족하도록 정밀하게 제어 가능
- 위험 부담 없는 테스트
- 선형으로 확장 가능
- 비용 효율적
- 안전하고 작동이 간편합니다.
- 낮은 유지 보수
- 빠른 ROI
- 환경 친화적 인
효소 반응을 위한 고성능 초음파 프로세서
Hielscher 초음파는 실험실 및 산업의 전력 애플리케이션을위한 고성능 초음파를 설계, 제조 및 유통하는 데 오랜 경험을 가지고 있습니다. 정교한 초음파 처리에 대한 당사의 지식과 경험은 고객에게 제공하는 제품의 일부입니다.
당사는 타당성 테스트 및 공정 최적화에 대한 첫 번째 상담부터 초음파 시스템의 최종 설치 및 운영에 이르기까지 고객을 안내합니다.
당사의 정밀하게 제어 가능한 초음파 장치는 효소 활성, 역학, 열역학적 특성 및 처리 온도에 영향을 미칠 수 있습니다.
당사의 강력하고 신뢰할 수 있는 초음파 프로세서 포트폴리오는 소형 휴대용 실험실 장치부터 벤치탑 및 완전 산업용 프로세서에 이르기까지 모든 범위를 포괄합니다. 200 와트 이상의 모든 초음파 장치에는 디지털 터치 디스플레이, 지능형 소프트웨어, 원격 브라우저 제어 및 통합 SD 카드의 자동 데이터 프로토콜이 장착되어 있습니다. 개별적으로 조정 가능한 초음파 처리 사이클 모드 (펄스 모드)를 사용하면 초음파 처리에 대한 효소 노출 (시간 및 휴식 기간)을 설정하고 제어 할 수 있습니다. Hielscher의 초음파 장비의 견고 함은 중장비 및 까다로운 환경에서 24/7 작동을 가능하게합니다.
아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.
배치 볼륨(Batch Volume) | 유량 | 권장 장치 |
---|---|---|
1 내지 500mL | 10 내지 200mL/분 | 업100H |
10 내지 2000mL | 20 내지 400mL/분 | UP200HT, UP400ST |
0.1 내지 20L | 0.2 내지 4L/min | UIP2000hdT 님 |
10에서 100L | 2 내지 10L/min | UIP4000hdt 님 |
N.A. 개시 | 10 내지 100L/min | UIP16000 |
N.A. 개시 | 큰 | 의 클러스터 UIP16000 |
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문헌 / 참고문헌
- V. Tournier, C. M. Topham, A. Gilles, B. David, C. Folgoas, E. Moya-Leclair, E. Kamionka, M.-L. Desrousseaux, H. Texier, S. Gavalda, M. Cot, E. Guémard, M. Dalibey, J. Nomme, G. Cioci, S. Barbe, M. Chateau, I. André, S. Duquesne, A. Marty (2020): An engineered PET depolymerase to break down and recycle plastic bottles. Nature 580(7802): 216-219.
- Efstratios Nikolaivits, Maria Kanelli, Maria Dimarogona, Evangelos Topakas (2018): A Middle-Aged Enzyme Still in Its Prime: Recent Advances in the Field of Cutinases. Catalysts 2018, 8, 612.
- Pellis, A.; Gamerith, C.; Ghazaryan, G.; Ortner, A.; Herrero Acero, E.; Guebitz, G.M. (2016): Ultrasound-enhanced enzymatic hydrolysis of poly(ethylene terephthalate). Bioresour. Technol. 218, 2016. 1298–1302.
- Meliza Lindsay Rojas; Júlia Hellmeister Trevilin; Pedro Esteves Duarte Augusto (2016): The ultrasound technology for modifying enzyme activity. Scientia Agropecuaria 7 /2, 2016. 145–150.
- Shamraja S. Nadar; Virendra K. Rathod (2017): Ultrasound assisted intensification of enzyme activity and its properties: a mini-review. World J Microbiol Biotechnol 2017, 33:170.
알아 둘 만한 가치가 있는 사실
Acoustic Cavitation Forces(음향 캐비테이션 힘)
저주파, 고강도 초음파 처리 (약. 20 – 50kHz)는 물리적, 기계적, 화학적 효과를 생성하는 음향/초음파 캐비테이션을 일으킵니다. 음향 캐비테이션의 영향은 액체로 결합 된 초음파의 압력 변동으로 인해 발생하는 미세한 진공 기포의 형성, 성장 및 그에 따른 격렬한 붕괴로 관찰 할 수 있습니다. 캐비테이션 버블이 붕괴하는 동안 소위 핫 스폿이 발생하며, 이는 작은 공간과 짧은 지속 시간에 국한됩니다. 국부적으로 발생하는 핫스팟은 최소 5000K의 강렬한 가열, 최대 1200bar의 압력, 밀리초 내에 발생하는 고온 및 압력 차이를 특징으로 합니다. 액체의 물방울과 입자는 최대 208m/s의 속도로 액체 제트로 가속됩니다.