Promowany ultradźwiękami enzymatyczny recykling tworzyw sztucznych

Politereftalan etylenu (PET) jest ogromnym źródłem odpadów pochodzących głównie ze zużytych butelek na wodę i napoje. Do niedawna recykling PET skutkował niską jakością tworzyw sztucznych. Nowy zmutowany enzym obiecuje degradację PET do nieskazitelnego surowca, który może być wykorzystany do produkcji nowych, wysokiej jakości tworzyw sztucznych. Promowane ultradźwiękami enzymy wykazują wyższą wydajność, przyspieszając enzymatyczny recykling tworzyw sztucznych i zwiększając wydajność procesu.

Ultradźwięki do enzymatycznego recyklingu tworzyw sztucznych

Ultradźwięki o wysokiej intensywności i niskiej częstotliwości są dobrze znane ze swojego wpływu na reakcje enzymatyczne. Sonikacja może być stosowana zarówno do aktywacji, jak i inaktywacji enzymów. Kontrolowana sonikacja przy niskich i średnich amplitudach aktywuje enzymy i promuje przenoszenie masy między enzymami i substratem, co skutkuje zwiększoną aktywnością katalityczną enzymów.
Sonikacja zmienia charakterystykę enzymu, promując w ten sposób jego aktywność. Ultradźwiękowa obróbka wstępna substratu przyspiesza reakcje enzymatyczne.
Mieszanie ultradźwiękowe sprzyja przenoszeniu masy między enzymami a plastikowym podłożem, dzięki czemu enzym może penetrować i rozkładać stopiony wysoce krystaliczny PET. Jako energooszczędna i łatwa w obsłudze technologia, sonikacja pomaga w recyklingu PET w sposób ekonomiczny i przyjazny dla środowiska.

Ultradźwiękowa dyspersja enzymu i substratu

Ultradźwiękowo generowane ścinanie i mikroturbulencje są dobrze znane ze swojej wysokiej wydajności, jeśli chodzi o zastosowania dyspergujące. Ultradźwiękowo indukowana dyspersja agregatów enzymatycznych, jak również aglomeratów substratów, poprawia enzymatyczną aktywność katalityczną, ponieważ rozpad agregatów molekularnych i aglomeratów zwiększa aktywną powierzchnię między enzymami i substratem do reakcji.

Promowany ultradźwiękowo enzym kutynazy

Sonikacja wykazała dobre wyniki w aktywacji enzymu utinazy Thc_Cut1 w odniesieniu do jego aktywności hydrolizy PET. Ultradźwiękowo wzmocniona degradacja enzymatyczna PET spowodowała 6,6-krotny wzrost uwalnianych produktów degradacji w porównaniu z nietraktowanym PET. Wzrost procentowej zawartości krystalicznej (28%) w proszku PET i foliach spowodował niższą wydajność hydrolizy, co może być związane z obniżoną dostępnością powierzchni. (por. Nikolaivits et al. 2018)

Informacje o enzymatycznym recyklingu tworzyw sztucznych

Enzym hydrolizujący kutynazę z kompostu liściastego (LLC) występuje w naturze i przecina wiązania między dwoma blokami budulcowymi politereftalanu etylenu (PET), tereftalanem i glikolem etylenowym. Jednak ogólna skuteczność enzymu i jego wrażliwość na ciepło są czynnikami ograniczającymi reakcję, które znacznie zmniejszają wydajność procesu. Enzym kutynazy kompostu liściastego zaczyna rozkładać się w temperaturze 65°C, podczas gdy procesy degradacji PET wymagają temperatury 72°C lub wyższej, czyli temperatury, w której PET zaczyna się topić. Stopiony PET jest ważnym czynnikiem procesowym, ponieważ stopiony PET oferuje większą powierzchnię, na której enzym może działać.
Naukowcy przeprojektowali naturalnie występujący enzym kutynazy kompostu z liści i zmienili aminokwasy w jego miejscach wiązania. Zaowocowało to powstaniem zmutowanego enzymu, który wykazuje 10 000-krotnie zwiększoną aktywność w zrywaniu wiązań PET (w porównaniu do natywnego enzymu LLC) i znacznie lepszą stabilność termiczną. Oznacza to, że nowy zmutowany enzym nie ulega rozpadowi w temperaturze 72°C, w której PET zaczyna się topić.
Ultradźwiękowe rozpraszanie i aktywacja powierzchni sprzyja enzymatycznie napędzanej reakcji katalitycznej. Specyficzne parametry sonikacji, takie jak amplituda ultradźwięków, czas, temperatura i ciśnienie mogą być dokładnie dostrojone do typu enzymu w celu zwiększenia jego aktywności katalitycznej. Parametry obróbki ultradźwiękowej i ich wpływ na enzymy zależą od konkretnego typu enzymu, jego składu aminokwasowego i struktury konformacyjnej. W ten sposób każdy typ enzymu ma optymalne warunki procesu, w których osiąga się optymalną aktywację enzymu.

Wysokowydajne procesory ultradźwiękowe do reakcji enzymatycznych

Hielscher Ultrasonics posiada wieloletnie doświadczenie w projektowaniu, produkcji i dystrybucji wysokowydajnych ultrasonografów do zastosowań energetycznych w laboratorium i przemyśle. Nasza wiedza i doświadczenie w zaawansowanej obróbce ultradźwiękowej jest częścią oferty, którą zapewniamy naszym klientom.
Prowadzimy naszych klientów od pierwszych konsultacji dotyczących testów wykonalności i optymalizacji procesu do ostatecznej instalacji i obsługi systemu ultradźwiękowego.
Nasze precyzyjnie sterowane urządzenia ultradźwiękowe pozwalają wpływać na aktywność enzymów, kinetykę, właściwości termodynamiczne, a także temperaturę przetwarzania.
Nasza oferta wydajnych i niezawodnych procesorów ultradźwiękowych obejmuje pełen zakres od kompaktowych ręcznych urządzeń laboratoryjnych po procesory stołowe i w pełni przemysłowe. Od 200 W w górę, wszystkie urządzenia ultradźwiękowe są wyposażone w cyfrowy wyświetlacz dotykowy, inteligentne oprogramowanie, zdalne sterowanie przez przeglądarkę i automatyczne protokołowanie danych na zintegrowanej karcie SD. Indywidualnie regulowany tryb cyklu sonikacji (tryb pulsacyjny) pozwala ustawić i kontrolować ekspozycję enzymu (czas i okresy odpoczynku) na obróbkę ultradźwiękową. Wytrzymałość sprzętu ultradźwiękowego firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużym obciążeniu i w wymagających środowiskach.
Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców: