木聚糖酶輔助低溫漂浮技術(shù)研究進展

木聚糖酶輔助低溫漂浮技術(shù)研究進展

由于含有氯漂白廢水的有機氯化合物中有許多毒性、致動性和突發(fā)性因素，人們一直在尋找更好的表面活性劑和表面活性劑。近年來，生物漂白的發(fā)展越來越快。1986年Vikari等首次報道了用木聚糖酶預(yù)處理松木和樺木硫酸鹽漿,能改善其漂白性能,減少氯氣的用量,提高紙漿的白度,隨后有更多的學(xué)者開始了這個領(lǐng)域的研究,本文主要介紹桉木硫酸鹽漿木聚糖酶漂白的一些研究情況。1木聚糖酶漂染劑木聚糖酶是能催化降解木聚糖的半纖維素,它主要包括三類:內(nèi)切-β-聚木糖酶,外切-β-聚木糖酶,β-木糖苷酶。能夠產(chǎn)生聚木糖酶的微生物非常廣泛,包括許多真菌、細(xì)菌等,世界上也有很多廠家生產(chǎn)商品用酶。木聚糖酶漂白機理有如下三種解釋:木聚糖酶降解木聚糖的同時破壞了LCC聯(lián)接,從而有利于這部分木素的脫除;由于被纖維吸回的木聚糖具有保護殘余木素免受化學(xué)品進攻的作用,因此木聚糖酶通過水解部分被吸回的木聚糖可使殘余木素暴露出來,使得化學(xué)藥品容易與殘余木素發(fā)生作用,從而達到脫木素的目的;酶通過降解紙漿纖維中的半維素,使纖維細(xì)胞壁變得疏松,從而使木素容易抽提出來。2酶的最適條件酶是具有專一催化性質(zhì)的蛋白質(zhì),對環(huán)境條件有一定的要求,也就是說每一種酶都有其特定的最適環(huán)境條件。影響桉木硫酸鹽漿木聚糖酶輔助漂白的因素有酶源、酶的用量、處理的溫度、時間、pH值、漿濃、以及藥品與紙漿的混合均勻程度。2.1木聚糖酶處理目前已有十幾種商品木聚糖酶應(yīng)用于紙漿輔助漂白,不同品名的木聚糖酶特性有所不同,有些木聚糖酶制品中含有纖維素酶的活性,若纖維素酶的活性過高,會在酶處理過程中引起紙漿黏度和纖維強度的下降。因此必須合理選擇酶源。2.2不同木聚糖的酶用量為了獲得最佳酶處理的效果,酶的用量必須進行最優(yōu)化選擇,由于不同漿種的化學(xué)組成尤其是木聚糖含量不同,因此酶的用量往往與漿種有關(guān),闊葉木漿的聚糖含量比針葉木漿含量高,桉木硫酸鹽漿的木聚糖含量比馬尾松漿高,且此木聚糖更易可及,故酶的用量較少,pH值較高和溫度較高的情況下,具有較高活性的木聚糖酶的用量就比普通的木聚糖酶用量少。漿濃過低所需酶用量也要相應(yīng)增加。2.3真菌木聚糖酶不同木聚糖酶適用的pH范圍不一樣,甚至相差較大。一般真菌木聚糖酶在酸性條件下酶活性較高,通常pH值4~6,而細(xì)菌木聚糖酶的pH高一些,通常為6~9。大多數(shù)木聚糖酶最佳pH值為5~6。2.4縮短反應(yīng)時間木聚糖酶的活性與溫度有關(guān),溫度升高可以加快反應(yīng)速度,縮短反應(yīng)時間。溫度過高或過低,酶的相對活性均降低,必須控制好溫度,一般當(dāng)pH值調(diào)至9以下時,選用的溫度大致在50~55℃。2.5酶用量對反應(yīng)時間的影響在給定溫度下,獲得最佳的漂白預(yù)處理效果,其反應(yīng)時間與酶用量成反比,一般來說,反應(yīng)時間控制在60min或更長一些,但發(fā)現(xiàn)超過120min已沒有太大的實際意義。2.6漿濃度漿的濃度對酶處理效果影響較小,但紙漿濃度過高,酶處理的效果往往會變差,一般漿濃為10%~15%。2.7砂漿和酶的混合漿與酶均勻混合十分重要,如果混合得好,不但酶處理的效果較好,而且酶的用量會較少。3桉木硫酸漿木聚糖酶系統(tǒng)成分在工廠中的應(yīng)用關(guān)于桉木硫酸鹽漿木聚糖酶漂白效果,很多的學(xué)者都進行了研究,也得到了很多結(jié)論,并且有一些具體的桉木硫酸鹽漿木聚糖酶漂白的工藝流程已經(jīng)在工廠中得到應(yīng)用,如OPEn、OEnD/CE0D、EnCEHH等。3.1未漂n液-木硫酸漿的制備為了實現(xiàn)無氯漂白(TCF),可采取氧漂(O)和過氧化氫漂(P)與酶處理(En)相結(jié)合的方法。氧預(yù)漂的主要作用是脫木素,它可以代替C段作無氯漂白的首段。過氧化氫漂白可以使用常規(guī)設(shè)備,在常壓下操作,而且與氧相比,它易溶于水,使用方便。它在漂白中只改變木素中發(fā)色基團而不破壞木素結(jié)構(gòu),因此它常作為“表面”漂白劑用于機械漿的漂白或用于化學(xué)漿多段漂白的終漂。具體的工藝參數(shù)是未漂桉木硫酸鹽漿的白度33.9%,聚木糖酶為An-76(用量為20IU/g漿),漿濃10%,溫度45℃,時間3h,pH值4.5(可加50mm醋酸鈉緩沖溶液調(diào)節(jié)),漂白結(jié)果見表1。結(jié)果分析:采用聚木糖酶An-76處理后,紙漿的黏度和卡伯值有所降低,但白度卻從原來的69.0%上升到了73.2%,提高了4.2%,這樣為后續(xù)漂白提高了可漂性。3.2木片木素氧漂單采前塔詹懷宇等對桉木硫酸鹽漿的OD/CEoD加木聚糖酶輔助漂白進行了試驗,具體采用商品名為PulpzymeHC的木聚糖酶,酶活是1000AXU/g,用量是0.0315%(對絕干漿),pH值8.0~9.5,溫度為50~55℃,時間90~120min,漿的濃度10%。未用酶之前的具體漂白流程是:木片→硫酸鹽法蒸煮→三段逆流洗滌(1#、2#、3#、洗漿機)→1#雙輥擠壓機→篩選、凈化、濃縮→氧脫木素→洗滌(4#洗漿機)→2#雙輥擠壓機→漂前塔→D/C段漂白→洗滌(5#洗漿機)→Eo段→洗滌(6#洗漿機)→D段漂白→洗滌(7#洗漿機)→漿板機→漿板,白度穩(wěn)定在87%~88%ISO。在2#雙輥擠壓機的出口有一螺旋輸送器,經(jīng)調(diào)節(jié)pH值后,在螺旋輸送器的出口處加酶,再用漿泵送至漂前塔,由于有漿泵的混和作用,使紙漿與所加酸和酶的混和比較均勻。試驗結(jié)果表明:漂至相同白度情況,在氧脫木素之后加酶比不加酶的漂白工藝能減少Cl2用量的6.91%~13.58%,ClO2用量減少11.05%~21.69%,這樣廢水的污染負(fù)荷(尤其是有機氯化物的含量)減少了,相應(yīng)地漂白廢水處理的成本也會降低。3.3桉木硫酸鹽漿cehh氧漂單因素試驗由于傳統(tǒng)的漂白工藝現(xiàn)在仍然有很多工廠在應(yīng)用,因此如何在原有的基礎(chǔ)上改進工藝,使白度提高,并且污染負(fù)荷減少,成為眾多研究者關(guān)心的課題。Bajpai等對桉木硫酸鹽漿CEHH漂白作了聚木糖酶輔助漂白的研究,得到了不錯的效果。酶為商品用酶PulpzymeHA,酶活是500XYU/kg,漿濃10%,pH值5.5,時間120min,溫度50℃,在此條件下進行對比試驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)用酶漂后,減少了31%的用氯量(在C段),總有機氯減少了30%,而白度和主要的物理強度幾乎沒有什么變化,漿的得率略下降。4木素活化劑活化如果采用一般的漂白工藝(如OEnP三段漂),想把桉木硫酸鹽漿漂白到高白度比較困難,為了得到高白度的全漂漿可以采用以下兩種途徑:一是利用聚木糖酶和木素酶進行復(fù)合處理,二是加入一種少量的木素活化劑(X)進行活化處理,如可以采用OEnPX、OEnXP漂序,王偉等在這個方面作了研究。研究表明,經(jīng)木素活化劑活化處理后,紙漿中的木素含量降低,殘余木素中的羰基和酚羥基增多,提高了木素的反應(yīng)性能,因而有利于后續(xù)漂段的脫除和紙漿白度的提高。試驗數(shù)據(jù)見表2。可見,聚木糖酶和木素活化劑的加入能大大提高紙漿漂白的白度,關(guān)鍵是在生產(chǎn)中找到合適的配比和比較完善的工藝條件,這樣才能達到最優(yōu)化的目的。5木聚糖酶系統(tǒng)優(yōu)化生物技術(shù)在制漿造紙工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛,其中一個最有前途的技術(shù)就是生物技術(shù)在紙漿漂白中的應(yīng)用。桉木硫酸鹽漿木聚糖酶輔助漂白(或預(yù)處理)在很大程度上提高了紙漿的白度,或在達到相同白度的情況下,相應(yīng)減少了有效氯等化學(xué)試劑的用量,從而降低了漂白廢水的污染負(fù)荷,而經(jīng)過木聚糖酶處理的紙漿質(zhì)量與不加木聚糖酶的常規(guī)漂白漿質(zhì)量幾乎相同,無多大負(fù)面影響,通過進一步優(yōu)化,如提高濃度、溫度,增加漿塔液位等可使酶用量下降,使木聚糖酶漂白技術(shù)在經(jīng)濟上有更為明顯的優(yōu)越性,它作為含氧脫木素的正規(guī)漂白流程中的一段,在漂白漿的生產(chǎn)中極具推廣和使用價值。利用木聚糖酶輔助漂白(預(yù)處理