Polistiren, genellikle diğer malzemelerle karıştırıldığında geri dönüştürülemeyen ve biyolojik olarak parçalanmayan yaygın olarak kullanılan bir polimerdir. Almanya’daki RWTH Aachen Üniversitesinden Ulrich Schwaneberg, Jun Okuda ve meslektaşları, polistiren mikropartiküllerini daha kolay parçalanabilir hale getirmek için bir biyo-hibrit katalizör geliştirmişlerdir. Katalizör, polistiren yüzeylerine yapışan özel olarak yapılandırılmış bir “bağlayıcı peptit” ve bir katalitik olarak etki gösteren kobalt koenziminden oluşmaktadır.
Polistiren, tek başına veya diğer polimerlerle birleştirilmiş olarak yoğurt kaplarından enstrüman kutularına kadar birçok uygulamaya sahiptir. Köpük formunda, genellikle ticari marka adı Styrofoam altında bilinir ve örneğin yalıtım ve ambalaj için kullanılır.
Polistirenin önemli bir dezavantajı düşük biyolojik parçalanabilirliğidir, bu da çevresel kirliliğe neden olabilir. Temiz ve diğer malzemelerle karışmamış durumda olan polistiren geri dönüştürülebilir ancak kontamine veya diğer malzemelerle karıştırılmışsa geri dönüşümü mümkün değildir. Belediye geri dönüşüm programlarında, karışık polistiren plastik atıkları ve polistiren nano- ve mikropartikül gibi bozunma ürünleri işlemesi zordur. Sorun, polistirenin suyu itici ve nonpolar olması ve bu nedenle yaygın polar reaktanlarla tepki verememesindedir.
Karmaşık polistiren atıklarını parçalamak için basit, ekonomik ve enerji verimli bir süreç için polistiren önce polar fonksiyonel gruplarla donatılmalıdır. Hidroksil ve karbonil gibi gruplar, seçici C−H bağ fonksiyonelleştirmesi ile tanıtılabilir.
Araştırmacılar, bu adımı gerçekleştirmek için bir biyo-hibrid katalizör geliştirdi. Katalizör, kobalt koenzimine bağlı “bağlayıcı peptitleri” temel alır. Bağlayıcı peptitler, yüzeylerle farklı non-kovalent etkileşimler aracılığıyla etkileşebilen kısa peptit zincirleridir.
Biyo-hibrit Katalizör Hidroksilasyonu Artırıyor
Ekip, polistiren yüzeyine bağlanan bir bağlayıcı peptit (LCI_F16C, LCI=Liquid Chromatography Peak I) geliştirdi. Bu peptidin bir gramı, ya püskürtme ya da daldırma yöntemleriyle birkaç dakika içinde bir monokatmanla kaplanacak kadar büyük bir yüzeyi (654 m2’ye kadar) kaplamak için yeterlidir.
Katalitik olarak aktif bir kobalt kompleksi, bir kısa bağlayıcı parça aracılığıyla bağlayıcı peptite bağlanmıştır. Kobalt atomu, makrosiklik ligand TACD (1,4,7,10-tetraazasiklododekan) tarafından çevrelenmiştir. Katalizör, ticari olarak temin edilen oxone (bir oksidan olarak potasyum peroksimonosülfat) ile reaksiyona girerek polistirenin C-H bağlarının oksidasyonunu hızlandırır ve polar OH gruplarını oluşturur (şekilde görüldüğü gibi). Optimize edilmiş bir biyo-hibrid katalizör kullanarak yapılan oksidasyon, ilgili serbest kobalt koenzimlerini kullanmaktan 15 kat daha yüksek bir fonksiyonelleştirme düzeyine yol açtı.
Ölçeklenebilir ve Enerji Bakımından Verimli Bir Proses
Bağlayıcı peptitlerin bağlanması malzemeye özgül olduğundan, bu durumda katalitik olarak aktif kobaltı polistiren yüzeyine yakın bir şekilde immobilize eder ve reaksiyonu hızlandırır. Bu basit, ucuz ve enerji bakımından verimli proses, daldırma ve püskürtme uygulamaları aracılığıyla ölçeklenebilir ve endüstriyel ölçekte kullanılmak üzere uygundur.
Konjuge kimyasal katalizörlerin kullanımıyla, bu bağlayıcı peptitlerin malzemeye özgül bağlanması kullanılarak hibrit katalizör konsepti, enzimlerle ekonomik olarak parçalanamayan polipropilen ve polietilen gibi diğer hidrofobik polimerlerin hedeflenmiş parçalanmasına da izin verebilir. [1]“Plastic Recycling with a Protein Anchor” yazısından çevrilmiştir.
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
| ↑1 | “Plastic Recycling with a Protein Anchor” yazısından çevrilmiştir. |
|---|
