Reciclaje de plásticos con anclaje proteínico
Un péptido con un complejo de cobalto oxida micropartículas de poliestireno
El poliestireno es un plástico muy extendido que, en esencia, no es reciclable cuando se mezcla con otros materiales y no es biodegradable. En la revista Angewandte Chemie, un equipo de investigación alemán ha presentado un catalizador biohíbrido que oxida las micropartículas de poliestireno para facilitar su posterior degradación. El catalizador consiste en un "péptido ancla" especialmente construido que se adhiere a las superficies de poliestireno y un complejo de cobalto que oxida el poliestireno.
© Wiley-VCH
El poliestireno -solo o en combinación con otros polímeros- tiene muchas aplicaciones, desde envases de yogur hasta carcasas de instrumentos. En su forma de espuma, conocida principalmente con el nombre comercial de Styrofoam, se utiliza, por ejemplo, para aislamiento y envasado. Una gran desventaja del poliestireno es su escasa biodegradabilidad, que provoca contaminación ambiental. Cuando está limpio y no mezclado con otros materiales, el poliestireno es reciclable, pero no cuando está contaminado o combinado con otros materiales. En los programas municipales de reciclaje, los residuos plásticos de poliestireno mezclado y los productos de degradación, como las nano y micropartículas de poliestireno, son difíciles de procesar. El problema radica en que el poliestireno es hidrófugo y no polar, por lo que no puede reaccionar con los reactivos polares habituales.
Para que un proceso sencillo, económico y energéticamente eficiente descomponga residuos mixtos de poliestireno, primero hay que dotar al poliestireno de grupos funcionales polares. Un equipo dirigido por Ulrich Schwaneberg y Jun Okuda en la RWTH de Aquisgrán (Alemania) ha desarrollado ahora un novedoso catalizador biohíbrido para llevar a cabo este paso. El catalizador se basa en compuestos conocidos como péptidos de anclaje acoplados a un complejo de cobalto.
Los péptidos de anclaje son cadenas peptídicas cortas que pueden adherirse a superficies. El equipo desarrolló un péptido de anclaje especial (LCI, Liquid Chromatography Peak I) que se une a la superficie del poliestireno. Un gramo de este péptido basta para recubrir una superficie de hasta 654m2 con una monocapa en cuestión de minutos mediante pulverización o inmersión.
Un complejo de cobalto catalíticamente activo se une al péptido de anclaje mediante una corta pieza de enlace. El átomo de cobalto está "rodeado" por un ligando macrocíclico, un anillo formado por ocho átomos de carbono y cuatro de nitrógeno (TACD, 1,4,7,10-tetraazaciclododecano). El catalizador acelera la oxidación de los enlaces C-H del poliestireno para formar grupos OH polares (hidroxilación) por reacción con Oxone (peroximonosulfato potásico), un agente oxidante común. La unión de los péptidos de anclaje es específica del material, por lo que en este caso inmovilizan el cobalto catalíticamente activo cerca de la superficie del poliestireno, lo que acelera la reacción. Este proceso sencillo, barato y eficiente energéticamente es escalable mediante aplicaciones de inmersión y pulverización y es apto para su uso a escala industrial.
Mediante el uso de catalizadores químicos conjugados, este concepto de catalizador híbrido que emplea la unión específica de materiales mediante péptidos de anclaje podría permitir la descomposición específica de materiales de otros polímeros hidrófobos, como el polipropileno y el polietileno, que no pueden descomponerse económicamente mediante enzimas.
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Publicación original
Dong Wang, Aaron A. Ingram, Julian Luka, Maochao Mao, Leon Ahrens, Marian Bienstein, Thomas P. Spaniol, Ulrich Schwaneberg, Jun Okuda; "Engineered Anchor Peptide LCI with a Cobalt Cofactor Enhances Oxidation Efficiency of Polystyrene Microparticles"; Angewandte Chemie International Edition, 2024-2-19
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