Ultrasonisch gepromoot Enzymatisch Plastic Recycling

Polyethyleentereftalaat (PET) is een enorme afvalbron die voornamelijk afkomstig is van gebruikte water- en drankflessen. Tot voor kort resulteerde de recycling van PET in kunststoffen van lage kwaliteit. Een nieuw gemuteerd enzym belooft de afbraak van PET tot ongerepte grondstof, die gebruikt kan worden voor nieuwe hoogwaardige kunststoffen. Ultrasoon gepromote enzymen laten een hoger rendement zien, waardoor de enzymatische recycling van kunststoffen wordt versneld en de procescapaciteiten toenemen.

Ultrasonicatie voor Enzymatic Plastic Recycling

Hoog-intensiteit, laagfrequente ultrasone trillingen zijn bekend om de effecten op enzymatische reacties. Sonicatie kan worden gebruikt voor zowel de activering als de inactivering van enzymen. Gecontroleerde sonicatie met lage tot gemiddelde amplitudes activeert enzymen en bevordert de massatransfer tussen enzymen en substraat, wat resulteert in een verhoogde katalytische activiteit van enzymen.
Sonication verandert de enzymeigenschappen waardoor de enzymactiviteit wordt bevorderd. Ultrasone voorbehandeling van het substraat versnelt de enzymatische reacties.
Ultrasoon mengen bevorderde de massatransfer tussen enzymen en het plastic substraat, zodat het enzym kan doordringen en de smelt van zeer kristallijn PET kan afbreken. Als energie-efficiënte en eenvoudig te bedienen technologie helpt sonicatie om PET op een kosteneffectieve en milieuvriendelijke manier te recyclen.

Ultrasone dispersie van enzymen en substraten

Ultrasonisch gegenereerde afschuiving en micro-turbulenties staan bekend om hun hoge efficiëntie als het gaat om het verspreiden van toepassingen. De ultrasoon geïnduceerde dispersie van enzymaggregaten en van substraatagglomeraten verbetert de enzymatische katalytische activiteit omdat de afbraak van moleculaire aggregaten en agglomeraten het actieve oppervlak tussen de enzymen en het substraat voor de reactie vergroot.

Ultrasonisch gepromoot Cutinase Enzym

Sonication heeft goede resultaten laten zien in de activering van het enzym utinase Thc_Cut1 met betrekking tot zijn PET-hydrolyse-activiteit. De ultrasoon verhoogde enzymatische afbraak van PET heeft geleid tot een 6,6-voudige toename van de vrijkomende afbraakproducten ten opzichte van het onbehandelde PET. Een toename van het kristallijne percentage (28%) in PET-poeder en -folies resulteerde in een lagere hydrolyseopbrengst, die in verband kan worden gebracht met de verminderde beschikbaarheid van het oppervlak. (zie Nikolaivits et al. 2018)

Over Enzymatic Plastic Recycling

Het hydrolyse-enzym bladtakcompost cutinase (LLC) komt in de natuur voor en snijdt de bindingen tussen de twee bouwstenen van polyethyleentereftalaat (PET), tereftalaat en ethyleenglycol. De algemene doeltreffendheid van het enzym en zijn warmtegevoeligheid zijn echter reactiebeperkende factoren, die de efficiëntie van het proces aanzienlijk verminderen. Het cutinase enzym van de bladtakcompost begint af te breken bij 65°C, terwijl voor de afbraakprocessen van PET temperaturen van 72°C of hoger nodig zijn, de temperatuur waarbij PET begint te smelten. Gesmolten PET is een belangrijke procesfactor omdat de smelt een hoger oppervlak biedt waarop het enzym kan werken.
Onderzoekers hebben het natuurlijk voorkomende cutinase enzym van de bladtakcompost opnieuw ontwikkeld en hebben de aminozuren op de bindingsplaatsen ervan veranderd. Dit resulteerde in een gemuteerd enzym dat een 10.000 keer hogere activiteit laat zien in het breken van PET-bindingen (in vergelijking met het inheemse LLC-enzym) en een aanzienlijk verbeterde hittestabiliteit. Dit betekent dat het nieuwe mutantenzym niet afbreekt bij 72°C, de temperatuur waarbij PET begint te smelten.
Ultrasone dispersie en oppervlakte-activatie bevordert een 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. Hierdoor heeft elk enzymsoort optimale procescondities waaronder een optimale enzymactivatie wordt bereikt.

Hoogwaardige ultrasone processoren voor enzymatische reacties

Hielscher Ultrasonics heeft jarenlange ervaring in het ontwerpen, produceren en distribueren van hoogwaardige ultrasoon generatoren voor krachttoepassingen in het laboratorium en de industrie. Onze kennis en ervaring in geavanceerde ultrasoonverwerking maakt deel uit van het aanbod dat wij onze klanten bieden.
Wij begeleiden onze klanten vanaf het eerste overleg over haalbaarheidstesten en procesoptimalisatie tot en met de uiteindelijke installatie en bediening van uw ultrasoonsysteem.
Onze nauwkeurig regelbare ultrasone apparaten maken het mogelijk om de enzymactiviteit, de kinetiek, de thermodynamische eigenschappen en de verwerkingstemperatuur te beïnvloeden.
Ons portfolio van krachtige en betrouwbare ultrasone processoren omvat het volledige scala van het compacte handheld laboratoriumapparaat tot bench-top en volledig industriële processoren. Vanaf 200 watt zijn alle ultrasone apparaten uitgerust met een digitaal touch-display, intelligente software, afstandsbediening voor de browser en automatische gegevensprotocollering op een geïntegreerde SD-kaart. De individueel instelbare sonication cycle mode (pulsmodus) maakt het mogelijk om de enzymblootstelling (tijd en rusttijden) aan de ultrasoonbehandeling in te stellen en te regelen. De robuustheid van Hielscher's ultrasone apparatuur maakt het mogelijk om 24 uur per dag, 7 dagen per week en in veeleisende omgevingen te werken.
Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators: