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

The hydrolyse enzyme leaf-branch compost cutinase (LLC) occurs in nature and cuts the bonds between the two building blocks of polyethylene terephthalate (PET), terephthalate and ethylene glycol. However, the enzyme’s overall effectiveness and its heat-sensitivity are reaction limiting factors, which reduce the process efficiency significantly. The leaf-branch compost cutinase enzyme begins to degrade at 65°C, whilst PET degradation processes require temperatures of 72°C or higher, the temperature at which PET begins to melt. Molten PET is important process factor since the melt offers a higher surface area where the enzyme can work on.
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.
Our portfolio of powerful and reliable ultrasonic processors covers the full range from the compact hand-held lab device to bench-top and fully industrial processors. From 200 watts upwards, all ultrasonic devices are equipped with a digital touch-display, intelligent software, remote browser control and automatic data protocolling on an integrated SD-card. The individually adjustable sonication cycle mode (puls mode) allows to set and control the enzyme exposure (time and rest periods) to the ultrasonic treatment. The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments.
Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov: