Ultrazvukom podporovaná enzymatická recyklácia plastov

Polyetyléntereftalát (PET) je obrovským zdrojom odpadu pochádzajúceho najmä z použitých fliaš na vodu a nápoje. Až donedávna recyklácia PET viedla k nekvalitným plastom. Nový mutantný enzým sľubuje degradáciu PET na nedotknutú surovinu, ktorú možno použiť na nové vysokokvalitné plasty. Ultrazvukom podporované enzýmy vykazujú vyššiu účinnosť, urýchľujú enzymatickú recykláciu plastov a zvyšujú kapacity procesov.

Ultrazvuk pre enzymatickú recykláciu plastov

Vysokointenzívna a nízkofrekvenčná ultrazvuková signalizácia je dobre známa svojimi účinkami na enzymatické reakcie. Sonikácia sa môže použiť na aktiváciu aj inaktiváciu enzýmov. Riadená sonikácia pri nízkych až stredných amplitúdach aktivuje enzýmy a podporuje prenos hmoty medzi enzýmami a substrátom, čo má za následok zvýšenú katalytickú aktivitu enzýmov.
Sonikácia mení vlastnosti enzýmov, čím podporuje aktivitu enzýmov. Ultrazvuková predúprava substrátu urýchľuje enzymatické reakcie.
Ultrazvukové miešanie podporilo prenos hmoty medzi enzýmami a plastovým substrátom, takže enzým môže preniknúť a degradovať taveninu vysoko kryštalického PET. Ako energeticky účinná a ľahko ovládateľná technológia pomáha sonikácia recyklovať PET nákladovo efektívne a šetrne k životnému prostrediu.

Ultrazvuková disperzia enzýmu a substrátu

Ultrazvukom generované šmykové a mikroturbulencie sú dobre známe svojou vysokou účinnosťou, pokiaľ ide o dispergované aplikácie. Ultrazvukom indukovaná disperzia enzýmových agregátov, ako aj substrátových aglomerátov zlepšuje enzymatickú katalytickú aktivitu, pretože rozklad molekulárnych agregátov a aglomerátov zvyšuje aktívnu plochu povrchu medzi enzýmami a substrátom na reakciu.

Ultrazvukom podporovaný enzým Cutinase

Sonikácia preukázala dobré výsledky pri aktivácii enzýmu utinázy Thc_Cut1 vzhľadom na jeho hydrolýznu aktivitu PET. Ultrazvukom zosilnená enzymatická degradácia PET viedla k 6,6-násobnému zvýšeniu uvoľnených produktov degradácie v porovnaní s neošetreným PET. Zvýšenie kryštalického percenta (28 %) v PET prášku a filmoch viedlo k nižším výťažkom hydrolýzy, čo by mohlo súvisieť so zníženou dostupnosťou povrchu. (porovnaj Nikolaivits et al. 2018)

O enzymatickej recyklácii plastov

Hydrolýzny enzým kompost z listových konárov (LLC) sa vyskytuje v prírode a prerušuje väzby medzi dvoma stavebnými kameňmi polyetyléntereftalátu (PET), tereftalátu a etylénglykolu. Celková účinnosť enzýmu a jeho citlivosť na teplo sú však faktory obmedzujúce reakciu, ktoré výrazne znižujú účinnosť procesu. Enzým kompostu z listových konárov sa začína rozkladať pri 65 °C, zatiaľ čo procesy degradácie PET vyžadujú teploty 72 °C alebo vyššie, čo je teplota, pri ktorej sa PET začína topiť. Roztavený PET je dôležitým procesným faktorom, pretože tavenina ponúka väčšiu plochu, na ktorej môže enzým pôsobiť.
Výskumníci prepracovali prirodzene sa vyskytujúci enzým kompostu z listových konárov a zmenili aminokyseliny na jeho väzbových miestach. Výsledkom bol mutantný enzým, ktorý vykazuje zvýšenú aktivitu 10 000-krát pri rozbíjaní PET väzieb (v porovnaní s natívnym enzýmom LLC) a výrazne zlepšenú tepelnú stabilitu. To znamená, že nový mutantný enzým sa nerozkladá pri teplote 72 °C, pri ktorej sa PET začína topiť.
Ultrazvuková dispergácia a povrchová aktivácia podporuje enzymaticky riadenú katalytickú reakciu. Špecifické parametre sonikácie, ako je ultrazvuková amplitúda, čas, teplota a tlak, môžu byť presne vyladené na typ enzýmu, aby sa zvýšila jeho katalytická aktivita. Parametre ultrazvukového spracovania a ich účinky na enzýmy závisia od konkrétneho typu enzýmu, jeho zloženia aminokyselín a konformačnej štruktúry. Každý typ enzýmu má tak optimálne procesné podmienky, za ktorých sa dosahuje optimálna aktivácia enzýmu.

Vysokovýkonné ultrazvukové procesory pre enzymatické reakcie

Spoločnosť Hielscher Ultrasonics má dlhoročné skúsenosti s navrhovaním, výrobou a distribúciou vysokovýkonných ultrazvukových prístrojov pre energetické aplikácie v laboratóriu a priemysle. Naše znalosti a skúsenosti so sofistikovaným ultrazvukovým spracovaním sú súčasťou ponuky, ktorú poskytujeme našim zákazníkom.
Našich zákazníkov sprevádzame od prvej konzultácie cez testovanie uskutočniteľnosti a optimalizáciu procesov až po finálnu inštaláciu a prevádzku vášho ultrazvukového systému.
Naše presne ovládateľné ultrazvukové prístroje umožňujú ovplyvňovať aktivitu enzýmov, kinetiku, termodynamické vlastnosti, ako aj teplotu spracovania.
Naše portfólio výkonných a spoľahlivých ultrazvukových procesorov pokrýva celý rad od kompaktných ručných laboratórnych zariadení až po stolové a plne priemyselné procesory. Od 200 wattov vyššie sú všetky ultrazvukové zariadenia vybavené digitálnym dotykovým displejom, inteligentným softvérom, diaľkovým ovládaním prehliadača a automatickým protokolovaním údajov na integrovanej SD karte. Individuálne nastaviteľný režim sonikačného cyklu (pulzný režim) umožňuje nastaviť a kontrolovať enzýmovú expozíciu (čas a doba odpočinku) ultrazvukovému ošetreniu. Robustnosť ultrazvukového zariadenia Hielscher umožňuje prevádzku 24 hodín denne, 7 dní v týždni pri náročných nákladoch a v náročných prostrediach.
Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov: