桉木硫酸鹽漿漆酶天然介體漂浮性能研究

桉木硫酸鹽漿漆酶天然介體漂浮性能研究

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人們越來越關(guān)注造紙行業(yè)的污染，采取了幾種措施，以減少浪費(fèi)造成的污染。采用ECF和TCF漂白,造紙廠污染負(fù)荷大大降低。然而,ECF漂白仍然有一些缺點(diǎn)。ECF漂白成本較高,同時(shí)仍然產(chǎn)生一定的有機(jī)氯化物(AOX)。漆酶/介體體系(Laccase-MediatorSystem)漂白能改進(jìn)漿料質(zhì)量,并且減少環(huán)境污染,具有潛在的應(yīng)用前景。1-羥基苯并三唑(HBT)和2,2-聯(lián)氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二銨鹽(ABTS)最早應(yīng)用于漆酶/介體漂白的體系中。漆酶/介體體系的漂白機(jī)理得到了進(jìn)一步的研究。合成介體用于漆酶介體體系效果較好,但是價(jià)格相對較高,難以工業(yè)化應(yīng)用,同時(shí)會(huì)導(dǎo)致環(huán)境二次污染。研究發(fā)現(xiàn)一些植物酚類小分子可以用做漆酶漂白介體,可以獲得和合成介體相近的結(jié)果。天然介體是一類小分子酚類化合物,它可以從自然界植物獲得,并且沒有毒性。本實(shí)驗(yàn)中,對桉木硫酸鹽漿采用了LQP和D0(EOP)D1漂白。HBT和8種不同的酚類物質(zhì),即香草醛,香草酸,丁香醛,丁香酸,對羥基苯甲醛,對羥基苯甲酸,乙酰丁香酮,阿魏酸作為天然介體用于漆酶漂白。對8種天然介體的性能進(jìn)行了評價(jià),并且比較了紙漿性質(zhì)和漂白廢水污染負(fù)荷。同時(shí)分析了漿中的己烯糖醛酸含量。1原料和方法的實(shí)驗(yàn)1.1天然介體的結(jié)構(gòu)漆酶由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)提供,酶活為150IU/mL,HBT和8種天然介體分別購自Sigma-Aldrich或者上海醫(yī)藥公司,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。根據(jù)我們先前的實(shí)驗(yàn),這8種酚類化合物可從堿法蒸煮黑液所得的堿木素催化濕空氣氧化降解而制得。1.2反應(yīng)時(shí)間及氧指數(shù)法氧漂系統(tǒng)qp各段d0,d0氧漂a法桉木漿為實(shí)驗(yàn)室硫酸鹽法蒸煮制得。其卡伯值、白度和黏度分別為12.7,38.4%ISO和760mL/g。漿料分別采用LQP和D0(EOP)D1漂白。L在帶電動(dòng)攪拌的壓力反應(yīng)釜中進(jìn)行,氧壓為0.3MPa,漆酶用量5IU/g漿,介體用量為1.5%(對絕干漿),攪拌轉(zhuǎn)速200r/min,反應(yīng)溫度50℃,反應(yīng)時(shí)間2h,漿濃10%。QP以及D0,D1各段漂白在聚乙烯袋中進(jìn)行,漿濃均為10%,其他漂白條件如下。Q段:EDTA0.5%,pH5～6,60℃,30min;P段:H2O22%,NaOH2%,MgSO40.05%,90℃,240min。D0有效氯用量為5.0%,70℃,45min;EOP段:NaOH1.8%,H2O20.7%,氧壓0.3MPa,70℃,60min;D1段:有效氯用量為2.0%,70℃,240min。1.3uv-c.gc/ms測定卡伯值、白度、黏度及返黃值按參考文獻(xiàn)測定;漂白廢水的CODCr、BOD5和AOX依據(jù)相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測。紙漿中己烯糖醛酸的測定采用UV分光光度法測定。精確稱取約0.05g絕干的漿樣,置于含10mL水解液玻璃試管中,水解液的組成為22mmol/L(0.6%)氯化汞和0.7%醋酸鈉。密封試管,搖動(dòng)使混合均勻。將試管在60～70℃水浴加熱30min。溶液冷卻后過濾,所得濾液用分光光度計(jì)測定260nm和290nm處的UV吸收值,參比液為新鮮水解液。紙漿中己烯糖醛酸含量CHexA(μmol/g)按公式計(jì)算:CHexA=0.287×(A260?1.2A290)WCΗexA=0.287×(A260-1.2A290)W式中:A260,A290—濾液在260nm和290nm處的吸收值;V—水解液體積,mL;W—絕干漿質(zhì)量,g。2結(jié)果與討論2.1d0eopdp的活性經(jīng)漆酶/介體處理后,紙漿的黏度保持基本不變,但與對照漿樣相比,黏度略有提高。除HBT介體處理的漿料外,其余漿樣的卡伯值都有增加,白度都有所降低。這是由于部分介體小分子吸附在漿料的表面,會(huì)消耗高錳酸鉀,使卡伯值變大,而這些小分子酚類都含有發(fā)色基團(tuán),使得紙漿白度降低。在漆酶介體處理的過程中,殘余木素的結(jié)構(gòu)被破壞,易于后續(xù)漂段的脫木素。與D0(EOP)D1漿料相比,LQP漂白漿卡伯值較高,大約是D0(EOP)D1漂白漿的2～3倍。同時(shí),丁香醛、丁香酸、對羥基苯甲醛、對羥基苯甲酸和阿魏酸作為天然介體用于漆酶/介體體系能跟漆酶/合成介體體系一樣,達(dá)到和D0(EOP)D1漂白類似的白度,具體表現(xiàn)在,以阿魏酸、對羥基苯甲酸和對羥基苯甲醛作介體的漿樣,其漂后漿白度達(dá)到了80%ISO,與空白漿樣相比提高了4.2%ISO以上,與HBT作介體的漂白效果相差不大。然而,部分天然酚類,如香蘭素、香草酸、乙酰丁香酮作為漆酶介體的漂白效果比HBT稍差一些。2.2漆酶/介體體系的雙誘導(dǎo)物系色廢水cocdr漂白廢水的分析為漂白提供進(jìn)一步的信息。CODCr、BOD5和AOX是評估廢水負(fù)荷的主要指標(biāo)。從圖2中可以看出所有的LQP漂序產(chǎn)生廢水的CODCr都比D0(EOP)D1廢水CODCr低。而所有的小分子酚類作為介體的漆酶漂白的CODCr又都低于合成介體HBT漂白廢水的CODCr。其中,以香草醛(V)作為介體的漂白廢水CODCr值最小,為52.6kg/t漿,與合成介體HBT漂白廢水的CODCr相比,CODCr負(fù)荷降低了約27%,與D0(EOP)D1廢水CODCr相比降低了33%。漂白廢水的BOD5差別較大,有些漆酶/介體體系漂白廢水不容易被微生物降解,如丁香酸、對羥基苯甲酸為介體的漆酶/介體體系漂白廢水。而另一些漆酶介體漂白廢水則相對容易生物降解。以丁香酸作介體的漂白廢水的BOD5值為2kg/t漿,僅為空白樣BOD5的1/3,為以HBT作介體的廢水BOD5的1/5,僅為D0(EOP)D1廢水BOD5的1/7。2.3lqp基漂的熱穩(wěn)定性己烯糖醛酸對漂白和漂白漿性質(zhì)有重要影響。從圖3可以看出,經(jīng)過漂白后,漿中己烯糖醛酸含量比未漂漿低得多。D0(EOP)D1漂白漿中己烯糖醛酸的含量比所有LQP漂白漿的低。從圖4可以看出:D0(EOP)D1漂白漿的熱穩(wěn)定性最好,返黃值(P.C值)僅為0.43。所有其它LQP漂白紙漿的返黃值都高于D0(EOP)D1漂白漿,這意味著漆酶/介體漂白漿較易泛黃,這與漆酶/介體漂白漿中的己烯糖醛酸含量比D0(EOP)D1漂白漿高有關(guān)。和合成介體HBT相比,除了阿魏酸外,漆酶/天然介體漂白漿都有較低的PC值。其中以乙酰丁香酮、對羥基苯甲酸、丁香酸作為介體的LQP漂白漿的白度穩(wěn)定性較好,PC值均小于0.8。3漆酶/介體體系LQP應(yīng)用于桉木硫酸鹽漿漂白,可達(dá)到和D0(EOP)D1無元素氯漂白相近的白度。結(jié)果表明,丁香醛,丁香酸,對羥基苯甲醛,對羥基苯甲酸和阿魏酸作為天然介體用于漆酶/介體體系能和合成介體體系一樣,達(dá)到和D0(EOP)D1漂白類似的白度,同時(shí)漂白廢水的污染