Le polystyrène est un plastique très répandu qui n'est essentiellement pas recyclable lorsqu'il est mélangé à d'autres matériaux et n'est pas biodégradable. Dans la revue Angewandte Chemie, une équipe de recherche allemande a présenté un catalyseur biohybride qui oxyde les microparticules de polystyrène pour faciliter leur dégradation ultérieure. Le catalyseur se compose d'un « peptide d'ancrage » spécialement construit qui adhère aux surfaces en polystyrène et d'un complexe de cobalt qui oxyde le polystyrène.
Le polystyrène, seul ou en combinaison avec d'autres polymères, a de nombreuses applications, des contenants de yaourt aux boîtiers d'instruments. Sous sa forme mousse, principalement connue sous le nom de marque Styrofoam, elle est par exemple utilisée pour l'isolation et l'emballage. Un gros inconvénient du polystyrène est sa faible biodégradabilité, qui entraîne une air pollution de l'environnement. Lorsqu’il est propre et non mélangé à d’autres matériaux, le polystyrène est recyclable, mais pas lorsqu’il est contaminé ou combiné à d’autres matériaux. Dans les programmes de recyclage municipaux, les déchets plastiques mélangés de polystyrène et les produits de dégradation, tels que les nano et microparticules de polystyrène, sont difficiles à traiter. Le problème réside dans le fait que le polystyrène est hydrofuge et non polaire et ne peut donc pas réagir avec les réactifs polaires courants.
Pour un processus very simple, économique et économe en énergie permettant de décomposer les déchets de polystyrène mélangés, le polystyrène doit d'abord être équipé de groupes fonctionnels polaires. Une équipe dirigée par Ulrich Schwaneberg et Jun Okuda du RWTH à Aix-la-Chapelle (Allemagne) a développé un nouveau catalyseur biohybride pour réaliser cette étape. Le catalyseur est basé sur des composés appelés peptides d'ancrage couplés à un complexe de cobalt.
Les peptides d'ancrage sont des chaînes peptidiques courtes qui peuvent s'attacher aux surfaces. L’équipe a développé un peptide d’ancrage spécial (LCI, Liquid Chromatography Peak I) qui se lie à la surface area du polystyrène. Un gramme de ce peptide suffit pour recouvrir une surface area allant jusqu'à 654 m2 d'une monocouche en quelques minutes, par pulvérisation ou par trempage.
Un complexe de cobalt catalytiquement actif est attaché au peptide d’ancrage by way of une courte pièce de liaison. L'atome de cobalt est « entouré » d'un ligand macrocyclique, un cycle composé de huit atomes de carbone et de quatre atomes d'azote (TACD, 1,4,7,10-tétraazacyclododécane). Le catalyseur accélère l'oxydation des liaisons CH dans le polystyrène pour previous des groupes OH polaires (hydroxylation) par réaction avec l'Oxone (peroxymonosulfate de potassium), un agent oxydant courant. La liaison des peptides d'ancrage est spécifique au matériau dans ce cas, ils immobilisent le cobalt catalytiquement actif près de la surface du polystyrène, ce qui accélère la réaction. Ce processus straightforward, peu coûteux et économe en énergie est évolutif grâce à des purposes de trempage et de pulvérisation et convient à une utilisation à l'échelle industrielle.
Grâce à l'utilisation de catalyseurs chimiques conjugués, ce concept de catalyseur hybride employant une liaison spécifique au matériau par des peptides d'ancrage pourrait permettre la dégradation spécifique au matériau d'autres polymères hydrophobes tels que le polypropylène et le polyéthylène qui ne peuvent pas être économiquement décomposés par des enzymes.
