Reciclagem plástica enlética ultrasonicamente promovida
O tereftalato de polietileno (PET) é uma enorme fonte de resíduos provenientes principalmente de garrafas de água e bebidas usadas. Até recentemente, a reciclagem do PET resultava em plásticos de baixa qualidade. Uma nova enzima mutante promete a degradação do PET em matéria-prima intocada, que pode ser usada para novos plásticos de alta qualidade. Enzimas ultrasonicamente promovidas mostram maior eficiência, acelerando a reciclagem enzimática de plásticos e aumentando as capacidades de processo.
Ultrassonação para Reciclagem de Plástico Enzimático
Ultrassônico de alta intensidade e baixa frequência é bem conhecido por seus efeitos em reações enzimáticas. A sonicação pode ser usada para ambos, a ativação e inativação de enzimas. A sonagem controlada em amplitudes baixas a médias ativa enzimas e promove a transferência de massa entre enzimas e substrato, o que resulta no aumento da atividade catalítica das enzimas.
A sonagem altera as características da enzima, promovendo assim a atividade enzimática. O pré-tratamento do substrato ultrassônico acelera as reações enzimáticas.
A mistura ultrassônica promoveu a transferência de massa entre enzimas e substrato plástico, para que a enzima possa penetrar e degradar o derretimento do PET altamente cristalino. Como uma tecnologia eficiente em termos de energia e fácil de operar, a sonagem ajuda a reciclar o PET de forma econômica e ambientalmente correta.
Dispersão Ultrassônica de Enzima e Substrato
O cisalhamento ultrassonicamente gerado e as micro-turbulências são bem conhecidas por sua alta eficiência quando se trata de aplicações de dispersão. A dispersão ultrassonicamente induzida de agregados enzimáticos, bem como de aglomerados substratos melhora a atividade catalítica enzimática, uma vez que a quebra de agregados moleculares e aglomerados aumenta a área de superfície ativa entre enzimas e substrato para reação.
Enzima cutinase ultrasonicamente promovida
A sonação tem mostrado bons resultados na ativação da enzima utinase Thc_Cut1 em relação à sua atividade de hidrólise PET. A degradação enzimática ultrassonicamente aumentada do PET resultou em um aumento de 6,6 vezes dos produtos de degradação liberados em comparação com o PET não tratado. Aumento do percentual cristalino (28%) em pó PET e filmes resultaram em menores rendimentos de hidrólise, que poderiam estar relacionados à menor disponibilidade da superfície. (cf. Nikolaivits et al. 2018)
- aumenta a atividade enzimática
- acelera reações enzimáticas
- resulta em reações mais completas
Sobre a reciclagem de plástico enzimática
A enzima hidrolise de dilancia cutinase (LLC) ocorre na natureza e corta as ligações entre os dois blocos de construção do tereftalato de polietileno (PET), tereftalato e glicol de etileno. No entanto, a eficácia geral da enzima e sua sensibilidade ao calor são fatores limitantes de reação, que reduzem significativamente a eficiência do processo. A enzima de adubo de corte de ramo de folha começa a se degradar a 65°C, enquanto os processos de degradação pet requerem temperaturas de 72°C ou mais, a temperatura em que o PET começa a derreter. O PET derretido é um fator de processo importante, uma vez que o derretimento oferece uma área de superfície mais alta onde a enzima pode trabalhar.
Os reasearchers reprojetaram a enzima de adubo de corte de corte de folha de ocorrência natural e mudaram aminoácidos em seus locais de ligação. Isso resultou em uma enzima mutante que mostra um aumento da atividade em 10.000 vezes na quebra de ligações PET (em comparação com a enzima LLC nativa) e uma estabilidade térmica significativamente melhorada. Isso significa que a nova enzima mutante não se quebra a 72°C, a temperatura em que o PET começa a derreter.
A dispersão ultrassônica e a ativação da superfície promovem a reação catalítica enzimática. Parâmetros específicos de sonoração, como amplitude ultrassônica, tempo, temperatura e pressão podem ser exatamente sintonizados ao tipo de enzima para aumentar sua atividade catalítica. Parâmetros de processamento ultrassônico e seus efeitos nas enzimas dependem do tipo de enzima específica, sua composição de aminoácidos e da estrutura conformacional. Assim, cada tipo de enzima tem condições ideais de processo sob as quais a ativação ideal da enzima é alcançada.
- aumento da transferência de massa
- Aumentou a constante de taxa
- Maior eficiência catalítica
- Precisamente controlável para atender o ponto doce das enzimas
- Teste sem riscos
- Linearmente escalável
- económicamente viáveis
- Seguro e simples de operar
- Baixa manutenção
- RoI rápido
- favor do meio ambiente

Tanque com ultrassônicos de 8kW (4x UIP2000hdT) e agitador
Processadores ultrassônicos de alto desempenho para reações enzimáticas
A Hielscher Ultrasonics é experiente há muito tempo na concepção, fabricação e distribuição de ultrassônicos de alto desempenho para aplicações de energia em laboratório e indústria. Nosso conhecimento e experiência em processamento ultrassônico sofisticado faz parte da oferta que oferecemos aos nossos clientes.
Orientamos nossos clientes desde a primeira consulta sobre testes de viabilidade e otimização de processos até a instalação e operação final do seu sistema ultrassônico.
Nossos dispositivos ultrassônicos controláveis precisamente permitem influenciar a atividade enzimática, cinética, propriedades termodinâmicas, bem como a temperatura de processamento.
Nosso portfólio de processadores ultrassônicos poderosos e confiáveis abrange toda a gama desde o dispositivo compacto de laboratório portátil até processadores de bancada e totalmente industriais. A partir de 200 watts para cima, todos os dispositivos ultrassônicos são equipados com um touch-display digital, software inteligente, controle remoto do navegador e protocolo de dados automáticos em um cartão SD integrado. O modo de ciclo de sônica individualmente ajustável (modo puls) permite definir e controlar a exposição enzimática (períodos de tempo e descanso) ao tratamento ultrassônico. A robustez dos equipamentos ultrassônicos da Hielscher permite a operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, em ambientes pesados e exigentes.
A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators:
Volume batch | Quociente de vazão | Dispositivos Recomendados |
---|---|---|
1 a 500mL | 10 a 200 mL / min | UP100H |
10 a 2000 mL | 20 a 400 mL / min | UP200Ht, UP400St |
0.1 a 20L | 00,2 a 4 L / min | UIP2000hdT |
10 a 100L | 2 de 10L / min | UIP4000hdT |
n / D. | 10 a 100L / min | UIP16000 |
n / D. | maior | aglomerado de UIP16000 |
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Homogeneizadores ultrassônicos de alta potência de Laboratório para piloto e Industrial escala.
Literatura / Referências
- 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.
Fatos, vale a pena conhecer
Forças de Cavitação Acústica
Ultrassonação de baixa frequência e alta intensidade (aproximadamente 20 – 50kHz) causa cavitação acústica/ultrassônica que produz efeitos físicos, mecânicos e químicos. Os efeitos da cavitação acústica podem ser observados como a formação, o crescimento e o subsequente colapso violento das bolhas de vácuo minúsculas, que ocorrem devido às flutuações de pressão das ondas de ultrassom acopladas a um líquido. Durante a implosão das bolhas de cavitação, ocorrem os chamados pontos quentes, que se limitam ao pequeno espaço e à curta duração. Esses pontos quentes que ocorrem localmente são caracterizados por um aquecimento intenso de pelo menos 5000 K, pressões de até 1200 bar, e diferenciais de alta temperatura e pressão que ocorrem dentro de milissegundos. Gotículas e partículas do líquido são aceleradas em jatos líquidos com velocidades de até 208m/s.