本发明属于生物工程技术领域，具体涉及一种提高废弃pet瓶酶降解效率的方法。
背景技术：
聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)瓶由于其良好的物理化学性质如质量轻、阻隔性能好、成本低、透明度、耐热性等而被广泛使用。然而pet的高结晶度给回收增加了难度，所以许多消费后的pet瓶由于无法回收而对环境造成污染。
目前废弃pet主要有三种回收技术，即物理回收法、化学回收法和生物回收法。物理回收法是将废弃pet回收后，在不改变pet分子链结构的前提下，与其他种类的塑料制品进行物理混合，从而实现废弃pet的再利用，但是此种方法对废弃pet的利用效率低，而且因为pet与其他树脂的相容性较差，废弃pet物理回收利用的范围受限。化学回收法是通过改变pet的分子链结构，即通过使大量的酯键发生断裂，降低pet的分子量，并使产生的低分子量产物具备一定的反应活性，以制备新型的化工原料。m.e.tawfik等将二丁基氧化锡(dibutyltinoxide，dbto)作为催化剂，乙醇胺(ethanolamine，ea)作为醇解剂，在190℃、常压下对废弃pet进行胺解，生成产物bheta。
生物回收法是采用生物技术对pet进行降解，或者将pet作为生物的营养来源，从而达到消灭废弃pet的目的。生物法具有过程绿色、产品质量高的优点。然而降解效率慢一直阻碍该方法的发展，这是由于pet塑料结晶度较高导致的。
中国专利cn107236147a公开了一种生物降解pet的方法，其在降低pet结晶度后利用角质酶降解。但是其降解效率低，不适应大规模工业应用的要求。
技术实现要素：
本方法在现有技术的基础上，进一步优化方法，通过在降解废弃pet瓶前增加预处理步骤来降低结晶度，并控制酶解前的粉碎条件，从而进一步提高pet降解酶对pet的催化效率。过程中不需要使用易污染环境的酸碱化学试剂就能达到较高的降解率，大幅提高了pet的酶降解效率，适应大规模的工艺应用。
本发明的目的可通过以下技术方案来实现：
一种提高废弃pet瓶酶降解效率的方法，包括：
(1)将洁净、干燥的pet于260～300℃进行熔融；
(2)将熔融状态的pet迅速转入液氮中快速淬火处理；
(3)将步骤(2)处理后的pet在0～5℃条件下粉碎；
(4)将步骤(3)粉碎后的pet加入到含有pet降解酶lcc的酶催化体系中，于ph＝8，温度67℃条件下进行pet的酶降解。
优选的，步骤(1)中所述洁净、干燥的pet由如下方法得到：
将废弃pet瓶裁剪成碎片，之后将所述碎片置于超声清洗机中清洗，之后干燥。
优选的，所述碎片的尺寸为5cm以下。
优选的，所述清洗为在纯水中清洗。
优选的，所述清洗的时间为30min。
优选的，所述的干燥为在烘箱中烘干。
优选是，所述烘干的温度为65℃。
优选的，步骤(1)所述的熔融的温度为260～280℃。
优选的，步骤(1)所述的熔融在高温均相反应器中进行。
优选的，步骤(2)所述的快速淬火的过程在10s以内完成。、
优选的，步骤(2)在可控温的球磨机中进行。
优选的，步骤(4)所述的酶降解过程，转速为120rpm/min。
本发明的有益效果在于：
与现有的技术相比，本发明在熔融淬火的基础上，利用液氮对熔融的pet进行淬火处理，之后用可控温球磨机在(0-5℃)下进行粉碎，不仅能够降低pet的结晶度，并且能够有效避免在粉碎过程中由于温度升高导致熔融淬火后的pet结晶度重新升高，配合pet降解酶lcc及本案选定的特殊的降解条件，从而使酶催化过程中pet降解率大大提高。该方法克服了现有技术中存在的易污染环境、降解率低、工艺昂贵等缺陷，大大提高了酶降解pet的效率，是一种工艺简单、高效经济的pet废塑料的处理方式，适用于大规模的工业应用。
经实施例所展示的数据对比可知，采用本发明利用特定的工艺后对废弃pet的酶降解效率能达到70％以上。
附图说明
图1是pet熔融淬火处理前后的dsc检测图，其中a是pet熔融淬火处理前，b是pet熔融淬火处理后，c是可控温球磨机粉碎后
图2是不同熔融处理条件处理后pet酶降解结果图，其中a是280℃熔融处理40min，b是280℃熔融处理60min，c是280℃熔融处理40min，d是280℃熔融处理60min。
图3是用不可控温的粉碎机进行粉碎后的dsc检测图和降解率，其中a是粉碎机粉碎后的结晶度，b是粉碎机粉碎后酶降解的降解率。
图4是用水作为介质进行淬火后的酶降解率
图5是不同pet降解酶对预处理后pet的降解率
具体实施方案
实施例1
(1)收集3～4个pet废塑料瓶，去除瓶盖和瓶身标签后用剪裁成成5cm*5cm左右的碎片。
(2)将步骤(1)中的pet塑料碎片在500ml烧杯中用300ml纯水在超声清洗机中超声清洗30min，以除去塑料表面的杂质。
(3)将步骤(2)中的pet塑料碎片在65℃的烘箱里干燥2h，去除残留的水分，得到干燥的pet碎片。
(4)将步骤(3)中干燥的pet碎片置于100ml的铝制托盘内在高温均相反应器中高温熔融，分别在280℃下熔融40min、60min，300℃下熔融40min、60min，得到熔融状态的pet塑料固体。
(5)步骤(4)中的熔融pet从高温反应器中取出，在10秒内迅速用液氮淬火，从而达到降低结晶度的目的。
(6)将步骤(5)中熔融淬火处理后的pet在控温条件下(0-5℃)进行球磨粉碎，使pet粒径减小至40～60目。
(7)将步骤(1)中的原始pet废塑碎片和步骤(5)中熔融淬火处理后的pet粉末以及步骤(6)中控温条件下粉碎的pet，各取约3mg进行差示扫描热量法测试(dsc)，检测熔融淬火处理前后pet结晶度的变化，和可控温球磨机粉碎前后的结晶度变化。
仪器的检测条件：温度范围50～300℃，升降温速率为10℃/min，填充气体为氮气。结晶度计算方法为：
比较熔融淬火处理前的pet结晶度(图1a)和熔融淬火处理后的pet结晶度(图1b)可知，预处理后的pet冷结晶峰明显降低，结晶度也明显降低。用可控温球磨机对熔融淬火后的块状pet进行粉碎后结晶度也没有重新升高(图1c)。
(8)原始pet废塑料瓶的结晶度约为27％，熔融温度280℃下熔融时间40min、60min及熔融温度300℃下熔融时间40min、60min的pet粉末结晶度约为10.15％、8.31％、10.02％、7.97％。预处理后用可控温粉碎机粉碎后的pet结晶度为10.21％、8.10％、10.13％、8.05％。
(9)在200ml的血清瓶中加入100ml的pbs缓冲液、0.4mg的pet降解酶lcc、200mg步骤(6)得到的pet粉末。在水浴锅中进行酶催化反应，酶催化反应条件：ph8，温度67℃，反应12h，转速120rpm/min。
(10)对步骤(9)中的降解体系进行定时取样，每隔3小时取样一次，直到反应12小时后结束，即在反应3h、6h、9h、12h时取样。
(11)通过高效液相色谱检测降解过程中pet降解产物对苯二甲酸(tpa)和副产物mhet的生成，从而计算pet的降解率。根据反应3h、6h、9h、12h时的液相出峰面积，计算生成的降解产物tpa和副产物mhet的浓度和产量，从而计算出pet的降解率。
(12)280℃下熔融40min的pet，在经过可控温球磨机粉碎后，酶反应12h后产生45.24mg的tpa和99.79mg的mhet，最终的tpa当量为110.44mg(图2a)；280℃下熔融60min的pet在酶反应12h后产生53.94mg的tpa和94.36mg的mhet，最终的tpa当量为115.61mg(图2b)；300℃下熔融40min的pet在酶反应12h后产生51.09mg的tpa和89.49mg的mhet，最终的tpa当量为111.74mg(图2c)；300℃下熔融60min的pet在酶反应12h后产生49.70mg的tpa和103.12mg的mhet，最终的tpa当量为117.09mg(图2d)。熔融温度280℃下熔融时间40min、60min及熔融温度300℃下熔融时间40min、60min的pet粉末的降解率分别为70.12％、73.87％、70.57％和75.69％。
实施例2
(1)收集3～4个pet废塑料瓶，去除瓶盖和瓶身标签后用剪裁成成5cm*5cm左右的碎片。
(2)将步骤(1)中的pet塑料碎片在500ml烧杯中用300ml纯水在超声清洗机中超声清洗30min，以除去塑料表面的杂质。
(3)将步骤(2)中的pet塑料碎片在65℃的烘箱里干燥2h，去除残留的水分，得到干燥的pet碎片。
(4)以100ml的铝制托盘为反应容器，将步骤(3)中干燥的pet碎片置于100ml的铝制托盘内在高温均相反应器中高温熔融，在300℃下熔融60min，得到熔融状态的pet塑料固体。
(5)步骤(4)中的熔融pet从高温反应器中取出，在10秒内迅速用液氮淬火，从而达到降低结晶度的目的。
(6)将步骤(5)中熔融淬火重结晶处理后的pet在没有控温条件的粉碎机中进行粉碎，使pet粒径减小至40～60目。
(7)将步骤(1)中的原始pet废塑碎片和步骤(5)中熔融淬火预处理后的pet粉末，各取约3mg进行差示扫描热量法测试(dsc)，检测预处理熔融淬火处理前后pet废塑料瓶结晶度的变化.
仪器的检测条件：温度范围50-300℃，升降温速率为10℃/min，填充气体为氮气。结晶度计算方法为：
比较预处理熔融淬火处理前的pet结晶度(图1a)和预处理熔融淬火处理后的pet结晶度(图1b)可知，预处理后的pet冷结晶峰明显降低，结晶度也明显降低。但比较熔融淬火后的结晶度(图1b)和不控温粉碎机粉碎后的结晶度(图3a)可知，在粉碎过程中温度升高使得原本预处理后结晶度降低的pet结晶度又重新升高。
(8)由实施例1中的结果可知原始pet废塑料瓶的结晶度约为27％，熔融温度300℃下熔融时间60min、7.95％。实施例2中粉碎机粉碎后的pet结晶度为33％。
(9)在200ml的血清瓶中加入100ml的pbs缓冲液、0.4mg的pet降解酶lcc、200mg步骤(6)得到的pet粉末。在水浴锅中进行酶催化反应，酶催化反应条件：ph8，温度67℃，反应12h，转速120rpm/min。
(10)对步骤(9)中的降解体系进行定时取样，每隔3小时取样一次，直到反应12小时后结束，即在反应3h、6h、9h、12h时取样。
(11)通过高效液相色谱检测降解过程中pet降解产物对苯二甲酸(tpa)和副产物mhet的生成，从而计算pet的降解率。根据反应3h、6h、9h、12h时的液相出峰面积，计算生成的降解产物tpa和副产物mhet的浓度和产量，从而计算出pet的降解率。
(12)300℃下熔融60min的pet，在经过粉碎机粉碎，酶反应12h后产生15.76mg的tpa和19.38mg的mhet，最终的tpa当量为30.02mg(图3b)，降解率仅有19.18％。
实施例3
(1)收集3～4个pet废塑料瓶，去除瓶盖和瓶身标签后用剪裁成成5cm*5cm左右的碎片。
(2)将步骤(1)中的pet塑料碎片在500ml烧杯中用300ml纯水在超声清洗机中超声清洗30min，以除去塑料表面的杂质。
(3)将步骤(2)中的pet塑料碎片在65℃的烘箱里干燥2h，去除残留的水分，得到干燥的pet碎片。
(4)以100ml的铝制托盘为反应容器，将步骤(3)中干燥的pet碎片置于100ml的铝制托盘内在高温均相反应器中高温熔融，在300℃下熔融60min，得到熔融状态的pet塑料固体。
(5)步骤(4)中的熔融pet从高温反应器中取出，在10秒内迅速用水淬火，从而达到降低结晶度的目的。
(6)将步骤(5)中熔融淬火重结晶处理后的pet在可控温的球磨机中进行粉碎，使pet粒径减小至40～60目。
(7)将步骤(1)中的原始pet废塑碎片和步骤(5)中熔融淬火预处理后的pet粉末，各取约3mg进行差示扫描热量法测试(dsc)，检测预处理熔融淬火处理前后pet废塑料瓶结晶度的变化。
仪器的检测条件：温度范围50～300℃，升降温速率为10℃/min，填充气体为氮气。结晶度计算方法为：
(8)在200ml的血清瓶中加入100ml的pbs缓冲液、0.4mg的pet降解酶lcc、200mg步骤(6)得到的pet粉末。在水浴锅中进行酶催化反应，酶催化反应条件：ph8，温度67℃，反应12h，转速120rpm/min。
(9)对步骤(8)中的降解体系进行定时取样，每隔3小时取样一次，直到反应12小时后结束，即在反应3h、6h、9h、12h时取样。
(10)通过高效液相色谱检测降解过程中pet降解产物对苯二甲酸(tpa)和副产物mhet的生成，从而计算pet的降解率。根据反应3h、6h、9h、12h时的液相出峰面积，计算生成的降解产物tpa和副产物mhet的浓度和产量，从而计算出pet的降解率。
(11)300℃下熔融60min的pet，在用水作为介质淬火后，酶反应12h产生16.15mg的tpa和23.54mg的mhet，最终的tpa当量为31.54mg(图4)
实施例4
(1)收集3～4个pet废塑料瓶，去除瓶盖和瓶身标签后用剪裁成成5cm*5cm左右的碎片。
(2)将步骤(1)中的pet塑料碎片在500ml烧杯中用300ml纯水在超声清洗机中超声清洗30min，以除去塑料表面的杂质。
(3)将步骤(2)中的pet塑料碎片在65℃的烘箱里干燥2h，去除残留的水分，得到干燥的pet碎片。
(4)以100ml的铝制托盘为反应容器，将步骤(3)中干燥的pet碎片置于100ml的铝制托盘内在高温均相反应器中高温熔融，在300℃下熔融60min，得到熔融状态的pet塑料固体。(5)步骤(4)中的熔融pet从高温反应器中取出，在10秒内迅速用液氮淬火，从而达到降低结晶度的目的。
(6)将步骤(5)中熔融淬火重结晶处理后的pet可控温球磨机机中进行粉碎，使pet粒径减小至40～60目。
(7)将步骤(1)中的原始pet废塑碎片和步骤(5)中熔融淬火预处理后的pet粉末，各取约3mg进行差示扫描热量法测试(dsc)，检测预处理熔融淬火处理前后pet废塑料瓶结晶度的变化。
仪器的检测条件：温度范围50～300℃，升降温速率为10℃/min，填充气体为氮气。结晶度计算方法为：
(8)比较不同pet降解酶(lcc酶、hic、tfcut2)的降解效率。分别在200ml的血清瓶中加入100ml的pbs缓冲液、0.4mg的pet降解酶、200mg步骤(6)得到的pet粉末。在水浴锅中进行酶催化反应，酶催化反应条件：ph8，温度67℃，反应12h，转速120rpm/min。
(9)对步骤(8)中的降解体系进行定时取样，每隔3小时取样一次，直到反应12小时后结束，即在反应3h、6h、9h、12h时取样。
(10)通过高效液相色谱检测降解过程中pet降解产物对苯二甲酸(tpa)和副产物mhet的生成，从而计算pet的降解率。根据反应3h、6h、9h、12h时的液相出峰面积，计算生成的降解产物tpa和副产物mhet的浓度和产量，从而计算出pet的降解率。
(11)300℃下熔融60min的pet，在经过控温球磨机粉碎，lcc酶、hic、tfcut2等不同pet降解酶反应12h后最终的降解率为75％、13％、10％(图5)。
1.一种提高废弃pet瓶酶降解效率的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将洁净、干燥的pet于260~300℃进行熔融；
（2）将熔融状态的pet迅速转入液氮中快速淬火处理；
（3）将步骤（2）处理后的pet在0~5℃条件下粉碎；
（4）将步骤（3）粉碎后的pet加入到含有pet降解酶lcc的酶催化体系中，于ph=8，温度67℃条件下进行pet的酶降解。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中所述洁净、干燥的pet由如下方法得到：
将废弃pet瓶裁剪成碎片，之后将所述碎片置于超声清洗机中清洗，之后干燥。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述碎片的尺寸为5cm以下。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的干燥为在烘箱中烘干。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述烘干的温度为65℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述的熔融的温度为260~280℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述的熔融在高温均相反应器中进行。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）在可控温的球磨机中进行。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）所述的快速淬火的过程在10s以内完成。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）所述的酶降解过程，转速为120rpm/min。
技术总结