Genbrug af plast:Peptid med et koboltkompleks oxiderer polystyrenmikropartikler

Polystyren er en udbredt plast, der i det væsentlige ikke er genanvendelig, når den blandes med andre materialer og ikke er biologisk nedbrydelig. I tidsskriftet Angewandte Chemie , har et tysk forskerhold introduceret en biohybridkatalysator, der oxiderer polystyrenmikropartikler for at lette deres efterfølgende nedbrydning. Katalysatoren består af et specielt konstrueret "ankerpeptid", der klæber til polystyrenoverflader og et koboltkompleks, der oxiderer polystyren.

Polystyren - alene eller i kombination med andre polymerer - har mange anvendelser, fra yoghurtbeholdere til instrumenthuse. I sin skumform, hovedsageligt kendt under det varemærkebeskyttede navn Styrofoam, bruges det for eksempel til isolering og emballering. En stor ulempe ved polystyren er dens ringe biologiske nedbrydelighed, hvilket fører til miljøforurening.

Når det er rent og ikke blandet med andre materialer, er polystyren genanvendeligt, men ikke når det er forurenet eller kombineret med andre materialer. I kommunale genbrugsprogrammer er blandet polystyren plastaffald og nedbrydningsprodukter, såsom polystyren nano- og mikropartikler, vanskelige at behandle. Problemet ligger i, at polystyren er vandafvisende og upolært og dermed ikke kan reagere med almindelige polære reaktanter.

For en enkel, økonomisk og energieffektiv proces til at nedbryde blandet polystyrenaffald skal polystyrenet først udstyres med polære funktionsgrupper. Et team ledet af Ulrich Schwaneberg og Jun Okuda ved RWTH i Aachen (Tyskland) har nu udviklet en ny biohybridkatalysator til at udføre dette trin. Katalysatoren er baseret på forbindelser kendt som ankerpeptider koblet med et koboltkompleks.

Ankerpeptider er korte peptidkæder, der kan binde sig til overflader. Holdet udviklede et specielt ankerpeptid (LCI, Liquid Chromatography Peak I), der binder til overfladen af ​​polystyren. Et gram af dette peptid er nok til at belægge en overflade på op til 654 m ² med et monolag inden for få minutter ved enten at sprøjte eller dyppe.

Et katalytisk aktivt koboltkompleks er knyttet til ankerpeptidet via et kort koblingsstykke. Cobaltatomet er "omgivet" af en makrocyklisk ligand, en ring lavet af otte carbon- og fire nitrogenatomer (TACD, 1,4,7,10-tetraazacyclododecan). Katalysatoren accelererer oxidation af C-H-bindingerne i polystyren til dannelse af polære OH-grupper (hydroxylering) ved reaktion med Oxone (kaliumperoxymonosulfat), et almindeligt oxidationsmiddel.

Bindingen af ​​ankerpeptiderne er materialespecifik, så i dette tilfælde immobiliserer de den katalytisk aktive kobolt nær polystyrenoverfladen, hvilket accelererer reaktionen. Denne enkle, billige og energieffektive proces er skalerbar gennem dypning og sprøjteapplikationer og er velegnet til brug i industriel skala.

Gennem brugen af ​​konjugerede kemiske katalysatorer kunne dette hybride katalysatorkoncept, der anvender materialespecifik binding af ankerpeptider, tillade den materialespecifikke nedbrydning af yderligere hydrofobe polymerer såsom polypropylen og polyethylen, der ikke økonomisk kan nedbrydes af enzymer.

Flere oplysninger: Dong Wang et al., Engineered Anchor Peptide LCI with a Cobalt Cofactor Enhances Oxidation Efficiency of Polystyren Microparticles, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI:10.1002/anie.202317419

Journaloplysninger: Angewandte Chemie International Edition , Angewandte Chemie

Leveret af Wiley