Ultrasonisch Bevorderde Enzymatische Kunststof Recycling

Polyethyleentereftalaat (PET) is een enorme afvalbron die voornamelijk afkomstig is van gebruikte water- en drankflessen. Tot voor kort resulteerde het recyclen van PET in kunststoffen van lage kwaliteit. Een nieuw gemuteerd enzym belooft de afbraak van PET tot ongerepte grondstof, die kan worden gebruikt voor nieuwe hoogwaardige kunststoffen. Ultrasoon gestimuleerde enzymen vertonen een hogere efficiëntie, waardoor de enzymatische recycling van kunststoffen wordt versneld en de procescapaciteit wordt verhoogd.

Ultrasoon voor enzymatische kunststofrecycling

Ultrasoonbehandeling met hoge intensiteit en lage frequentie staat bekend om zijn effecten op enzymatische reacties. Sonificatie kan worden gebruikt voor zowel het activeren als het inactiveren van enzymen. Gecontroleerde sonificatie bij lage tot gemiddelde amplitudes activeert enzymen en bevordert de massaoverdracht tussen enzymen en substraat, wat resulteert in een verhoogde katalytische activiteit van enzymen.
Sonificatie verandert de eigenschappen van enzymen en bevordert zo de enzymactiviteit. Ultrasone substraatvoorbehandeling versnelt enzymatische reacties.
Ultrasoon mengen bevorderde de massaoverdracht tussen enzymen en het plastic substraat, zodat het enzym de smelt van zeer kristallijn PET kan binnendringen en afbreken. Als energiezuinige en eenvoudig te bedienen technologie helpt sonicatie om PET kosteneffectief en milieuvriendelijk te recyclen.

Ultrasone dispersie van enzym en substraat

Ultrasoon gegenereerde schuif- en microturbulenties staan bekend om hun hoge efficiëntie als het gaat om dispersietoepassingen. De ultrasoon geïnduceerde dispersie van enzymaggregaten en substraatagglomeraten verbetert de enzymatische katalytische activiteit omdat de afbraak van moleculaire aggregaten en agglomeraten het actieve oppervlak tussen enzymen en substraat voor reactie vergroot.

Ultrasonisch bevorderd cutinase enzym

Sonicatie heeft goede resultaten laten zien bij de activering van het enzym utinase Thc_Cut1 met betrekking tot de PET-hydrolyseactiviteit. De ultrasoon versterkte enzymatische afbraak van PET resulteerde in een 6,6-voudige toename van de vrijgekomen afbraakproducten vergeleken met het onbehandelde PET. Een toename van het kristallijnpercentage (28%) in PET-poeder en -films resulteerde in een lager hydrolyserendement, wat verband zou kunnen houden met de verminderde beschikbaarheid van het oppervlak. (cf. Nikolaivits et al. 2018)

Over enzymatische plastic recycling

Het hydrolyse-enzym leaf-branch compost cutinase (LLC) komt in de natuur voor en knipt de bindingen tussen de twee bouwstenen van polyethyleentereftalaat (PET), tereftalaat en ethyleenglycol. De algehele effectiviteit van het enzym en de hittegevoeligheid ervan zijn echter beperkende reactiefactoren, die de efficiëntie van het proces aanzienlijk verminderen. Het cutinase enzym van bladgroenkompost begint af te breken bij 65°C, terwijl PET-afbraakprocessen temperaturen van 72°C of hoger vereisen, de temperatuur waarbij PET begint te smelten. Gesmolten PET is een belangrijke procesfactor omdat de smelt een groter oppervlak biedt waarop het enzym kan werken.
Onderzoekers hebben het natuurlijk voorkomende cutinase enzym van bladgroenknol opnieuw ontwikkeld en de aminozuren op de bindingsplaatsen veranderd. Dit resulteerde in een gemuteerd enzym dat een 10.000 keer hogere activiteit vertoont in het breken van PET-bindingen (vergeleken met het inheemse LLC enzym) en een aanzienlijk verbeterde hittestabiliteit. Dit betekent dat het nieuwe gemuteerde enzym niet afbreekt bij 72°C, de temperatuur waarbij PET begint te smelten.
Ultrasone dispersie en oppervlakteactivering bevorderen enzymatisch aangedreven katalytische reactie. Specifieke sonicatieparameters zoals ultrasone amplitude, tijd, temperatuur en druk kunnen precies worden afgestemd op het enzymtype om de katalytische activiteit te verhogen. Ultrasone verwerkingsparameters en hun effecten op enzymen zijn afhankelijk van het specifieke enzymtype, de aminozuursamenstelling en de conformatiestructuur. Daardoor heeft elk enzymtype optimale procesomstandigheden waaronder een optimale activering van het enzym wordt bereikt.

Ultrasone processoren met hoge prestaties voor enzymatische reacties

Hielscher Ultrasonics heeft jarenlange ervaring in het ontwerpen, produceren en distribueren van hoogwaardige ultrasone apparaten voor krachttoepassingen in laboratoria en de industrie. Onze kennis en ervaring in geavanceerde ultrasone verwerking is onderdeel van het aanbod dat wij onze klanten bieden.
We begeleiden onze klanten van het eerste advies via haalbaarheidstests en procesoptimalisatie tot de uiteindelijke installatie en werking van uw ultrasoon systeem.
Met onze nauwkeurig regelbare ultrasone apparaten kunnen we de enzymactiviteit, kinetiek, thermodynamische eigenschappen en verwerkingstemperatuur beïnvloeden.
Ons assortiment krachtige en betrouwbare ultrasone processors omvat het volledige bereik van compacte handheld laboratoriumapparaten tot laboratoriummodellen en volledig industriële processors. Vanaf 200 watt zijn alle ultrasone apparaten uitgerust met een digitaal touch-display, intelligente software, browserbediening op afstand en automatische gegevensprotocollering op een geïntegreerde SD-kaart. Met de individueel instelbare sonicatiecyclusmodus (pulsmodus) kan de blootstelling van enzymen (tijd en rustperioden) aan de ultrasone behandeling worden ingesteld en geregeld. De robuustheid van Hielscher's ultrasoonapparatuur maakt een 24/7 werking mogelijk bij zware belasting en in veeleisende omgevingen.
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines: