Polystyren är en utbredd plast som i princip inte är återvinningsbar när den blandas med andra material och inte är biologiskt nedbrytbar. I tidskriften Angewandte Chemie , har ett tyskt forskarlag introducerat en biohybridkatalysator som oxiderar polystyrenmikropartiklar för att underlätta deras efterföljande nedbrytning. Katalysatorn består av en speciellt konstruerad "ankarpeptid" som fäster på polystyrenytor och ett koboltkomplex som oxiderar polystyren.
Polystyren - ensam eller i kombination med andra polymerer - har många tillämpningar, från yoghurtbehållare till instrumenthus. I sin skumform, främst känd under det varumärkesskyddade namnet frigolit, används den till exempel för isolering och förpackning. En stor nackdel med polystyren är dess dåliga biologiska nedbrytbarhet, vilket leder till miljöföroreningar.
När den är ren och inte blandad med andra material är polystyren återvinningsbar, men inte när den är förorenad eller kombinerad med andra material. I kommunala återvinningsprogram är blandat polystyrenplastavfall och nedbrytningsprodukter, såsom polystyrennano- och mikropartiklar, svåra att bearbeta. Problemet ligger i det faktum att polystyren är vattenavvisande och opolär och därför inte kan reagera med vanliga polära reaktanter.
För en enkel, ekonomisk och energieffektiv process för att bryta ned blandat polystyrenavfall måste polystyrenen först förses med polära funktionsgrupper. Ett team ledd av Ulrich Schwaneberg och Jun Okuda vid RWTH i Aachen (Tyskland) har nu utvecklat en ny biohybridkatalysator för att utföra detta steg. Katalysatorn är baserad på föreningar kända som ankarpeptider kopplade till ett koboltkomplex.
Ankarpeptider är korta peptidkedjor som kan fästa på ytor. Teamet utvecklade en speciell ankarpeptid (LCI, Liquid Chromatography Peak I) som binder till ytan av polystyren. Ett gram av denna peptid räcker för att täcka en yta på upp till 654 m 2 med ett monolager inom några minuter genom att antingen spraya eller doppa.
Ett katalytiskt aktivt koboltkomplex är fäst till ankarpeptiden via en kort länkdel. Koboltatomen är "omgiven" av en makrocyklisk ligand, en ring gjord av åtta kol- och fyra kväveatomer (TACD, 1,4,7,10-tetraazacyklododekan). Katalysatorn påskyndar oxidationen av C–H-bindningarna i polystyren för att bilda polära OH-grupper (hydroxylering) genom reaktion med Oxone (kaliumperoximonosulfat), ett vanligt oxidationsmedel.
Bindningen av ankarpeptiderna är materialspecifik så i detta fall immobiliserar de den katalytiskt aktiva kobolten nära polystyrenytan, vilket påskyndar reaktionen. Denna enkla, billiga och energieffektiva process är skalbar genom doppning och sprayapplikationer och är lämplig för användning i industriell skala.
Genom att använda konjugerade kemiska katalysatorer kan detta hybridkatalysatorkoncept som använder materialspecifik bindning av ankarpeptider möjliggöra materialspecifik nedbrytning av ytterligare hydrofoba polymerer som polypropen och polyeten som inte ekonomiskt kan brytas ned av enzymer.
Mer information: Dong Wang et al, Engineered Anchor Peptide LCI with a Cobalt Cofactor Enhances Oxidation Efficiency of Polystyrene Microparticles, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI:10.1002/anie.202317419
Journalinformation: Angewandte Chemie International Edition , Angewandte Chemie
Tillhandahålls av Wiley
