Ultratovush bilan jadallashtirilgan fermentativ plastikni qayta ishlash
Polietilentereftalat (PET) asosan ishlatilgan suv va ichimlik idishlaridan kelib chiqadigan ulkan chiqindi manbaidir. Yaqin vaqtgacha PETni qayta ishlash natijasida past sifatli plastiklar olinardi. Yangi mutant ferment PETni yangi, yuqori sifatli plastiklar ishlab chiqarishda ishlatilishi mumkin boʻlgan sof xomashyoga parchalashni vaʼda qilmoqda. Ultratovush yordamida faollashtirilgan fermentlar yuqoriroq samaradorlik koʻrsatib, plastiklarni fermentativ qayta ishlashni tezlashtiradi va jarayonning ishlab chiqarish quvvatini oshiradi.
Kuchli ultratovush PETni fermentativ qayta ishlashni qanday jadallashtiradi
- PET substratlarining taʼsir uchun ochiq sirt maydonini keskin oshirib, kukun shakllarini qattiq plyonkalarga qaraganda biokatalizga ancha sezgir qiladi.
- Polimer kristalligining tormozlovchi taʼsirlarini kamaytirib, kristalligi past PETning tezlashtirilgan surʼatlarda gidrolizlanishiga imkon beradi.
- Maqsadli faollashtirishni boshlovchi omil vazifasini bajaradi: dastlabki qisqa ultratovush bilan ishlov berish tereftal kislota (TA) va MHET kabi monomerlarning ajralib chiqishini keskin oshiradi.
- Keskin termik yoki kimyoviy dastlabki ishlovlarni talab qilmasdan, ferment va polimer oʻrtasidagi massa almashinuvini hamda fazalararo kontaktni yaxshilaydi.
- Ultratovush energiyasini uzluksiz reaksiya davomida qoʻllash oʻrniga qisqa faollashtirish bosqichi bilan cheklab, umumiy energiya talabini kamaytiradi.
Fermentativ reaksiyalarni jadallashtirish uchun ultratovush bilan ishlov berish tizimi
Akustik kavitatsiya orqali fizik toʻsiqlarni yengish
Poli(etilentereftalat) (PET) yuqori molekulyar massasi, gidrofobligi va yarim kristall tuzilishi tufayli biologik qayta ishlashga katta qarshilik koʻrsatadi; bu xususiyatlar tabiiy ravishda fermentning kirib borishini va katalitik kontaktni cheklaydi. Ultratovush taʼsiri akustik kavitatsiyani hosil qilish orqali ushbu fizik cheklovlarni samarali bartaraf etadi; kavitatsiya polimer va erituvchi chegarasida mahalliy mikroaralashtirish, mexanik siljish kuchlari va boshqariladigan termik tebranishlarni yuzaga keltiradi. Bu akustik energiya polimer matritsasini shishiradi, qattiq kristall sohalarni buzadi va biokatalizator birikishi uchun mavjud sirt maydonini keskin oshiradi. Gidrolizdan oldin yoki uning dastlabki bosqichida substratni fizik jihatdan tayyorlash orqali ultratovush bilan ishlov berish kristallikning salbiy taʼsirini neytrallaydi va ferment taʼsiri uchun yanada qulay mikromuhit yaratib, barqaror depolimerlanish uchun yuqori samarali asos yaratadi.
Kutinaza biokatalizatorlarini sinergik faollashtirish
Kuchli ultratovushni kutinaza fermentlari, xususan, Thermobifida cellulosilytica kutinaza 1 (Thc_cut1) bilan birgalikda qoʻllash ferment yaxlitligini saqlagan holda katalitik aylanish tezligini maksimal darajaga yetkazadigan kuchli sinergik bogʻliqlikni namoyon etadi. Uzluksiz ultratovush taʼsirini saqlash oʻrniga gidroliz boshlanishida qisqa, 10 daqiqalik faollashtirish bosqichini qoʻllash tizimni tayyorlaydi va TA hamda MHET kabi parchalanish mahsulotlarining ajralib chiqishini sezilarli darajada, 5,2–6,6 baravar oshiradi. Akustik energiyaning bu qisqa impulsi, ehtimol, ferment harakatchanligini yaxshilaydi, fazalararo namlanishni kuchaytiradi va oqsilni denaturatsiyalamasdan katalitik bogʻlanishga qulaylik yaratish uchun polimer sirtini vaqtincha oʻzgartiradi. Yuqori energiya kiritishni reaksiyaning butun davomiyligidan ajratish orqali ultratovush bilan ishlov berish va kutinaza sinergiyasi biokatalizator barqarorligini saqlab, jarayonning umumiy energiya sarfini kamaytirgan holda depolimerlanish samaradorligini sezilarli oshiradi.
Substrat morfologiyasi va jarayon koʻlamini kengaytirish imkoniyati
Ultratovush yordamidagi fermentativ PETni qayta ishlashning muvaffaqiyatiga substrat geometriyasi va fizik shakli kuchli taʼsir qiladi; bunda kukun substratlar uzluksiz plyonkalardan muntazam ravishda yaxshiroq natija beradi. Tadqiqotlar ultratovush bilan faollashtirish PET kukunlarida plyonkalarga qaraganda taxminan uch baravar samaraliroq ekanini koʻrsatadi. Buning asosiy sababi donador morfologiya fermentativ gidroliz uchun ancha kattaroq va osonroq ochiq boʻlgan sirt maydonini taʼminlashidir. Kristalligi past kukunlar (masalan, 8%) tez va jadal parchalanishni namoyon etsa, hatto kristalligi 7% boʻlgan PET plyonkalari kabi tuzilgan substratlar ham oʻlchanadigan foyda koʻrsatadi, masalan, uzoq davom etadigan 72 soatlik reaksiya davrlarida TA ajralib chiqishining 1,2 baravar yaxshilanishi. Morfologiyaga bunday bogʻliqliklar ultratovush parametrlarini substrat xususiyatlariga moslashtirish zarurligini taʼkidlab, strategik ultratovush bilan ishlov berish laboratoriya koʻlamidagi fermentativ qayta ishlashni koʻlamini kengaytirish mumkin boʻlgan, sanoatda amalga oshirishga yaroqli plastik chiqindilarni qimmatli mahsulotlarga aylantirish bilan samarali bogʻlay olishini isbotlaydi.
Kuchli ultratovush samarali qayta ishlash uchun polietilentereftalat (PET) depolimerlanishini yaxshilaydi
Fermentativ reaksiyalar uchun yuqori unumdorlikdagi ultratovush protsessorlari
Hielscher Ultrasonics laboratoriya va sanoatda kuchli ultratovush qoʻllanadigan jarayonlar uchun yuqori unumdorlikdagi ultratovush qurilmalarini loyihalash, ishlab chiqarish va tarqatish boʻyicha koʻp yillik tajribaga ega. Murakkab ultratovush bilan ishlov berish jarayonlari boʻyicha bilim va tajribamiz mijozlarimizga taqdim etadigan taklifimizning bir qismidir.
Biz mijozlarimizga dastlabki maslahatdan boshlab amalga oshirish imkoniyatini sinash va jarayonni optimallashtirish orqali ultratovush tizimini yakuniy oʻrnatish va ishlatishgacha yoʻl-yoʻriq koʻrsatamiz.
Aniq boshqariladigan ultratovush qurilmalarimiz ferment faolligi, kinetika, termodinamik xususiyatlar hamda ishlov berish haroratiga taʼsir koʻrsatish imkonini beradi.
Kuchli va ishonchli ultratovush protsessorlarimiz assortimenti ixcham qoʻlda ushlanadigan laboratoriya qurilmasidan stol usti va toʻliq sanoat protsessorlarigacha boʻlgan butun qatorni qamrab oladi. Quvvati 200 vatt va undan yuqori boʻlgan barcha ultratovush qurilmalari raqamli sensorli displey, aqlli dasturiy taʼminot, brauzer orqali masofadan boshqarish va oʻrnatilgan SD-kartaga maʼlumotlarni avtomatik qayd etish funksiyasi bilan jihozlangan. Alohida sozlanadigan ultratovush bilan ishlov berish sikli rejimi (impuls rejimi) fermentning ultratovush taʼsiriga duchor boʻlishini (taʼsir va dam olish davrlarini) belgilash va boshqarish imkonini beradi. Hielscher ultratovush uskunalarining mustahkamligi yuqori yuklama va talabchan muhitlarda 24/7 ishlashga imkon beradi.
Quyidagi jadval ultratovush qurilmalarimizning taxminiy ishlov berish quvvati haqida tasavvur beradi:
| Partiya hajmi | Hajmiy oqim tezligi | Tavsiya etiladigan qurilmalar |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | kattaroq | quyidagi qurilmalardan tashkil topgan klaster: UIP16000 |
Biz bilan bogʻlaning! / Bizdan soʻrang!
Plastikni fermentativ qayta ishlash haqida
Gidrolitik ferment boʻlgan barg va shox komposti kutinazasi (LLC) tabiatda uchraydi va polietilentereftalatning (PET) ikki tarkibiy birligi – tereftalat va etilenglikol oʻrtasidagi bogʻlarni uzadi. Biroq fermentning umumiy samaradorligi va issiqlikka sezgirligi reaksiyani cheklovchi omillar boʻlib, jarayon samaradorligini sezilarli darajada kamaytiradi. Barg va shox komposti kutinazasi fermenti 65°C da parchalana boshlaydi, PETni parchalash jarayonlari esa 72°C yoki undan yuqori haroratni talab qiladi; bu – PET eriy boshlaydigan harorat. Erigan PET jarayonning muhim omilidir, chunki eritma ferment taʼsir qilishi mumkin boʻlgan kattaroq sirt maydonini taqdim etadi.
Tadqiqotchilar tabiatda uchraydigan barg va shox komposti kutinazasi fermentini qayta muhandislik yoʻli bilan oʻzgartirib, uning bogʻlanish joylaridagi aminokislotalarni almashtirdilar. Natijada PET bogʻlarini uzishda faolligi 10 000 baravar oshgan (tabiiy LLC fermentiga nisbatan) va issiqlikka barqarorligi sezilarli yaxshilangan mutant ferment olindi. Bu yangi mutant ferment PET eriy boshlaydigan 72°C haroratda parchalanmasligini anglatadi.
Ultratovushli dispersiyalash va sirtni faollashtirish fermentlar vositasidagi katalitik reaksiyani kuchaytiradi. Katalitik faollikni oshirish uchun ultratovush amplitudasi, vaqt, harorat va bosim kabi ultratovush bilan ishlov berishning muayyan parametrlarini ferment turiga aniq moslashtirish mumkin. Ultratovush bilan ishlov berish parametrlari va ularning fermentlarga taʼsiri muayyan ferment turi, uning aminokislota tarkibi va konformatsion tuzilishiga bogʻliq. Shu sababli har bir ferment turi uchun fermentning optimal faollashuviga erishiladigan optimal jarayon sharoitlari mavjud.
Ferment va substratni ultratovushli dispersiyalash
Ultratovush hosil qiladigan siljish va mikroturbulentlik dispersiyalashda yuqori samaradorligi bilan yaxshi maʼlum. Ferment agregatlari hamda substrat aglomeratlarining ultratovush taʼsirida dispersiyalanishi fermentativ katalitik faollikni yaxshilaydi, chunki molekulyar agregatlar va aglomeratlarning parchalanishi fermentlar va substrat oʻrtasidagi reaksiya uchun faol sirt maydonini oshiradi.
Ultratovush yordamida faollashtirilgan kutinaza fermenti
Ultratovush bilan ishlov berish utinase Thc_Cut1 fermentini PET gidrolizidagi faolligi jihatidan faollashtirishda yaxshi natijalar koʻrsatgan. PETning ultratovush yordamida kuchaytirilgan fermentativ parchalanishi ishlov berilmagan PETga nisbatan ajralib chiqqan parchalanish mahsulotlari miqdorining 6,6 baravar oshishiga olib kelgan. PET kukuni va plyonkalarida kristallik ulushining oshishi (28%) gidroliz mahsulotlari chiqishining kamayishiga olib kelgan; bu taʼsir uchun ochiq sirtning kamayishi bilan bogʻliq boʻlishi mumkin. (qarang: Nikolaivits et al. 2018)
Stol usti ultratovush bilan ishlov berish qurilmasi UIP1500hdT qayta ishlash uchun PETni depolimerlashga moʻljallangan oqim hujayrasi bilan
Ultratovush bilan jadallashtirilgan fermentativ PET depolimerlanishi haqida tez-tez soʻraladigan savollar
Ultratovush PETni fermentativ qayta ishlashni qanday yaxshilaydi?
Ultratovush reaksiya davomida parchalanish mahsulotlarining ajralib chiqishini sezilarli oshirish orqali poli(etilentereftalat) (PET)ning fermentativ gidrolizini kuchaytiradi. Ultratovush energiyasi bilan qisqa faollashtirish bosqichini qoʻllash anʼanaviy fermentativ usullarga nisbatan monomer chiqishining sezilarli oshishiga olib kelishi mumkin.
PETning kristalligi ultratovush bilan kuchaytirilgan gidroliz samaradorligiga qanday taʼsir qiladi?
PETning kristalligi fermentativ gidrolizda salbiy rol oʻynaydi; kristalligi pastroq substratlar ancha tez parchalanadi. Masalan, ultratovush bilan faollashtirish qoʻllanganda kristalligi 8% boʻlgan PET kukuni kristalligi 28% boʻlgan PETga qaraganda sezilarli darajada tezroq gidrolizlangan.
PET substratining fizik shakli (kukun yoki plyonka) ultratovush samaradorligiga taʼsir qiladimi?
Ha, substratning fizik shakli natijalarga sezilarli taʼsir qiladi. Ultratovush bilan faollashtirish PET kukunlarida plyonkalarga qaraganda taxminan uch baravar samaraliroq. Bu farq asosan uzluksiz plyonkalarga nisbatan kukun substratlarda ferment taʼsiri uchun kattaroq sirt maydoni mavjudligi bilan izohlanadi.
Ultratovush yordamida PETni parchalashda odatda qaysi ferment ishlatiladi?
Thermobifida cellulosilytica kutinaza 1 (Thc_cut1) fermenti ultratovush bilan faollashtirilgan PET gidrolizi jarayonlarida keng qoʻllanadi. Reaksiya ultratovush energiyasining qisqa impulsi bilan boshlanganda bu biokatalizator yaxshilangan faollikni namoyon etadi.
Ultratovush bilan ishlov berish PET depolimerlanishining boshqa yoʻllarini ham kuchaytiradimi?
Ha, kuchli ultratovush ishqoriy, kislotali yoki neytral gidrolizni; etilenglikol bilan glikolizni; metanolizni; katalitik solvolizni; shuningdek, PETning fermentativ gidrolizini kuchaytiradi.
Ultratovush bilan ishlov berish PETning ishqoriy gidrolizini qanday jadallashtirishini bilib oling!
Akustik kavitatsiya nima?
Past chastotali, yuqori intensivlikdagi ultratovush bilan ishlov berish (taxminan 20–50kHz) fizik, mexanik va kimyoviy taʼsirlarni hosil qiluvchi akustik / ultratovushli kavitatsiyani yuzaga keltiradi. Akustik kavitatsiya taʼsirlarini mayda vakuum pufakchalarining hosil boʻlishi, oʻsishi va keyinchalik shiddatli qulashida kuzatish mumkin; bu pufakchalar suyuqlikka uzatilgan ultratovush toʻlqinlarining bosim tebranishlari tufayli yuzaga keladi. Kavitatsiya pufakchalari ichkariga qulaganda kichik fazo va qisqa vaqt bilan cheklangan, issiq nuqtalar deb ataladigan sohalar paydo boʻladi. Ushbu mahalliy issiq nuqtalar kamida 5000 K gacha jadal qizish, 1200 bar gacha bosim va millisekundlar ichida yuzaga keladigan yuqori harorat hamda bosim farqlari bilan tavsiflanadi. Suyuqlik tomchilari va zarrachalari 208m/s gacha tezlikdagi suyuqlik oqimlariga tezlashtiriladi.
Fermentlarga ultratovush bilan ishlov berish akustik kavitatsiya va uning gidrodinamik siljish kuchlariga asoslanadi
Adabiyotlar / Manbalar
- Alessandro Pellis, Caroline Gamerith, Gagik Ghazaryan, Andreas Ortner, Enrique Herrero Acero, Georg M. Guebitz (2016): Ultrasound-enhanced enzymatic hydrolysis of poly(ethylene terephthalate). Bioresource Technology, Volume 218, 2016. 1298-1302.
- Nutan Rajesh Paliwal, Arvind Kumar Mungray (2013): Ultrasound assisted alkaline hydrolysis of poly(ethylene terephthalate) in presence of phase transfer catalyst. Polymer Degradation and Stability, Volume 98, Issue 10, 2013. 2094-2101.
- 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.
- Bhogle, C. S.; and Pandit, A. B. (2018): Ultrasound-Assisted Alkaline Hydrolysis of Waste Poly(Ethylene Terephthalate) in Aqueous and Non-aqueous Media at Low Temperature. Indian Chemical Engineer, 60(2), 2018. 122–140.
- 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.