中国造纸学报增刊中国造纸学会第十三届学术年会论文.docx
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中国造纸学报增刊中国造纸学会第十三届学术年会论文
中国造纸学报2008增刊中国造纸学会第十三届学术年会论文集
生物酶用于混合办公废纸脱墨的研究
龙柱谢慧平龙玉峰
（江南大学无锡214122）
摘要：
本论文研究了纤维素酶、淀粉酶、纤维素酶／淀粉酶用于混合办公废纸的脱
墨工艺。
结果表明：
纤维素酶和淀粉酶对处理混合办公废纸都具有较好的脱墨效果，
且随着酶用量的增加白度提高，尘埃度下降，当到达一定值时会有下降的趋势；纤维素
酶在处理MOW的适宜脱墨工艺为：
碎浆浆浓10％，碎浆时间45min，碎浆温度50C，浮
选时间lO～15min，浮选温度40℃～50℃，浮选浆浓1％，浮选时脱墨剂用量0．1％；少
量淀粉酶的加入能够降低纤维素酶的用量，达到较好的脱墨效果。
关键字：
酶法脱墨混合办公废纸纤维素酶淀粉酶
1引言
混合办公废纸（M0w）包括激光打印纸和静电复印纸等，被认为是较高质量的纤维来源噜1，
随着办公现代化程度的提高，这类废纸的数量不断增加。
与ONP或ONP／0MG不同，这种纸
浆除含有较高质量的化学纤维外，还含有来自印刷中的静电或激光油墨，此外较多的涂布
胶黏剂、颜料、填料和有色杂质等使该废纸的回用面临严峻的挑战，同时在用其生产较高
级的印刷纸和薄页纸时，也遇到了来自各方面的压力。
静电复印墨粉是由碳黑颜料和熔点
低、热敏性高、韧硬的热塑性聚合物（如甲基丙烯酸丁酯和苯乙烯的共聚体）混合而成。
它们在室温下是非黏性的，但在70～120。
C时会熔化，在高温下能与纤维熔和在一起，熔
和时这些热塑性的树脂连接料交联在一起形成印刷膜。
这些交联体系结合非常紧密，常规
化学脱墨法对降低油墨粒子尺寸效率不高，而酶脱墨法是解决这个问题的好办法。
目前，
用于脱墨研究的酶制剂有脂肪酶、酯酶、淀粉酶、半纤维素酶和木素降解酶，其中大多数
使用纤维素酶。
纤维素酶通过改变纤维表面或油墨粒子附近的连接键使油墨分离出来，然
后将其用洗涤法或浮选法除去。
纤维素酶不是单一的酶组分旧1，而是复合酶系，包括1，4一
B—D-葡聚糖纤维二糖酶（EC3．2．1．91；CBH）、内切一1，4一B—D一葡聚糖酶（EC3．2．1．4；EG）
和纤维二糖水解酶（EC3．2．1．21：
CB）。
纤维素酶水解纤维素物质成为葡萄糖是CBH、EG和
CB三种组分协同作用的结果。
内切酶随机地作用于纤维内部的无定形区，切断纤维素链。
外切酶作用于纤维素链的非还原性末端基，逐步地游离出纤维二糖。
内切酶单独存在时，
不能分离结晶纤维素，外切酶单独存在时，破坏结晶的能力亦不强，但是，当这两种酶共
存时，具有较好协同作用，对结晶纤维素有强烈的破坏作用。
用淀粉酶作用于混合办公废
纸，使其中的淀粉水解，从而有助于附着在纤维表面上的油墨粒子的脱除。
影响酶法脱墨的因素有很多，包括废纸和油墨的特性、酶的类型和性质及酶法脱墨的
．86．
中国造纸学报2008增刊中国造纸学会第十三届学术年会论文集
操作条件等。
其中，因酶分子是生物分子，本身易受温度、pH值及其它化学和物理因素的
影响而发生活性的变化，因此必然影响脱墨效果。
基于以上考虑，本文使用淀粉酶与纤维
素酶协同脱墨处理混合办公废纸，通过实验讨论工艺条件对酶法脱墨效果的影响。
2实验
2．1实验原料
实验用MOW选用办公用废静电复印纸和激光打印纸的混合废纸。
使用前先将其撕成约
15毫米×15毫米的纸片，用自封塑料袋密封3～5天用以平衡水分，备用。
2．2实验药品
纤维素酶（酶活15，0001U／g）、淀粉酶（酶活2，000IU／g），商品化学脱墨剂、NaOH、
Na2Si03、EDTA、H202。
2．3仪器设备
ZQS。
型水力碎浆机、ZQSto型浮选脱墨机、DNS型电热恒温水浴锅、GBJ—A纤维标准解离
器、HB43水分快速测定仪、甩干机、ZQJl-B-II型纸样抄取器、WS-SDs／d色度白度计、
hp—psc2110扫描仪。
2．4实验步骤
本实验采用浆浓10％高浓碎浆，根据造纸工厂实际情况和酶最适宜温度环境，选择酶
处理温度为50C---55C、浮选温度为40。
C---50℃。
实验具体操作如下：
碎浆：
称取绝干浆2009，在碎浆机中加入50C热水2L，将纸片逐渐加入高浓水力碎
浆机，并逐步提高碎浆机转速，以免转子被纸片卡住，但同时也要避免纸料溅出碎浆机，
加完纸片的同时，按实验设定用量加入酶，增大转速至20Hz，按设定时间进行碎浆。
浮选：
加热水调节浆浓至1％移入浮选槽，控制浮选温度40℃～50C，同时加入浮选剂，
调节压强为0．5千帕，气速0．62升／分，进行10～15分钟浮选。
洗涤浓缩：
用自来水反复冲洗布袋中脱墨浆料，经甩干机脱水，测脱墨浆含水量。
纤维解离：
称取绝干浆，调成浆浓1．5％，在转数5000r．P．m、常温下用纤维标准解离
器解离。
抄片：
将脱墨浆打散后，稀释至0．4％～0．5％的浓度，按60克／米2定量抄纸片。
2．5脱墨效果测量
本实验通过对脱墨浆抄片，测其白度、尘埃度，按照油墨脱除率即尘埃度下降判断脱
墨效果，其中：
白度增益=白度脱墨浆一白度空白，（％ISO）
脱墨率（％）=（尘埃度空白一尘埃度脱墨浆）／尘埃度舶，（毫米2／克）
纸浆物理性能测定方法参见最新国标。
．87．
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3结果与讨论
3．1酶用量对MOW脱墨效果的影响
92
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釜st}
82
0．020．0250．030．0350．04
纤维素酶用量％
一．．．J．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．J
0．0450．050．055
剥矧
10————。
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————一
0．020．0250．030．0350．040．045
纤维素酶用量％
图l纤维素酶用量对自度增益的影响图2纤维素酶用量对尘埃度的影响
从图l和图2可以看出，纤维素酶用量达到0．03％（质量对绝干浆，下同）时达到最
高白度和最低尘埃度，之后白度下降、尘埃度升高。
这表明酶用量并非越大越好，而是有
一个最佳值。
纤维素酶的水解作用，首先发生于两个部位：
一是纤维结构无规则区域，如
纽结（node），二是比表面积大的细小纤维组分。
印刷过的纸页，有油墨处的纤维受力不同
于无字迹的纤维，油墨边界处纤维的某些部位发生形变，成为类似于结状的结构（nodelike
structure）n¨，这些部位是纤维素酶优先进攻的部位，这种进攻对脱墨是有利的。
细小
纤维组分存在于纤维表面和浆液中，去除纤维表面的细小纤维组分，能够使纤维表面变得
干净和光滑，提高纸浆的滤水性能（从倒出浆料的流动性，可以感觉到对照实验的流动性
明显不如酶处理后的浆）；去除浆液中的细小纤维组分，能够减小纤维的比表面积，防止油
墨重新吸附于纤维上。
因此，适当增加酶用量有助于脱墨，但酶用量过大时，多余的酶会
进攻纤维，另外水解出细小纤维，增大纤维的比表面积，使细纤维化程度加大，分散到水
中的油墨粒子将会重新吸附到纤维表面而难以除去，反而对脱墨不利。
88
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昌84
暮82
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一一。
，．O．010．0150．020．0250．03
淀粉酶用舒
圈3淀粉酶用量对白度增益的影响
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ll：
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0o．005o．Olo015o．02o．0250．03
淀粉酶用垫
圈4淀粉酶用量对尘埃度的影响
图3和图4显示，淀粉酶用量也有其限度，用量为0．01％时为实验最佳用量，但淀粉
的脱墨效果整体上不如纤维素酶。
淀粉酶通过水解施胶剂中的淀粉，从而有助于使得附着
一88．
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在纤维表面上的油墨粒子脱除。
观察实验过程中获得的浆料可以看出，淀粉酶处理后浆料
的油墨不如纤维素酶的匀细，其原因是因为油墨与细小纤维没有完全脱离，因此，经过浮
选洗涤后，抄出纸片中仍含有较多油墨粒子。
3．2酶处理时间对MOW脱墨效果的影响
选择纤维素酶最佳用量0．03％和淀粉酶最佳用量0．01％下进行处理时间对脱墨效果的
影响实验，结果酶处理时间对脱墨效果也有很大的影响。
图5至图8可以得出，随着反应
的进行，白度增高、尘埃度下降，在45分钟时达到白度最高值和尘埃度最低值，且纤维素
酶最低尘埃度达到了1．712毫米2／克，脱墨率96．75％，白度达92．15％IS0，之后白度下降、
尘埃度增高。
这是因为如果反应太短，则酶作用没有发挥到最大，油墨粒子不能完全与纤
维脱离；而随着反应时间延长进行，则油墨颗粒在机械作用下破裂的越来越小，浮选时难
以与纤维分离，加大了浮选的难度。
20253035404550
处理时间／min
556065
图5纤维素酶处理时间对白度增益的影响
茹
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78
203040506070
处理时间／min
20
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昌＼魁
鲜
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101520253035404550556065
处理时间／min
圈6纤维素酶处理时间对尘埃度的影响
203040506070
处理时间／min
图7淀粉酶处理时间对白度增益的影响图8淀粉酶处理时间对尘埃度的影响
3．3纤维素酶／淀粉酶用量比对MOW脱墨效果的影响
最佳淀粉酶0．01％用量，碎浆时间30分钟改变纤维素酶用量，观察其对脱墨效果的影
响。
从图9和10可以分析出，在有淀粉酶的协同作用下，脱墨率随着纤维素酶用量降低而
升高，在纤维素酶用量为0．01％，脱墨效率达到最高，因为淀粉酶的加入提高了纤维素酶
的可及度，使其作用效率提高。
纤维素酶的生产成本远远高于淀粉酶，因此酶的协同作用
有望更进一步降低生产成本。
．89．
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虬
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中国造纸学报2008增刊中国造纸学会第十三届学术年会论文集
0氇辩50。
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纤维索酶用量／96
图9纤维索酶用量对白度增监的影响
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00．0050。
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0150+020。
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纤维索酶用量／％
图10纤维素酶用量对尘埃度的影响
3。
4纤维素酶／淀粉酶混合酶处理对闻对MOW脱墨效栗的影响
选择纤维素酶用量0．01％和淀粉酶用量0．01％，进行纤维索酶／淀粉酶混合酶对处理时
间影响的实验，从阐11和12的结果可以看出，在45分时，脱撰效率有所提高，但是其脱
墨结果没有达到预期的效果，但从理论上来说，两辫酶的加入，各自发挥其脱鼹作用，应
该会更进一步提高脱器效率。
其原因可能是因为协同诈震，使所如入戆两种酶用量没有达
到最佳组合，或者随着时间的延长两种酶之间发生作用，使酶的性能有所改变，从而使其
脱墨效果受到影响。
另外，从实验现象中发现，有淀粉酶的存在对浮选时起泡有影响。
浮
选时麓入脱墨剂最，开始泡沫正常，6--'7分之黪，泡沫逐渐变小，直至泡沫完全消失不能
浮选分离。
20304050
处理时间／min
6070
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2030405060
处理时N／min
鬻ll混合酶处理时隧黯蛊度瀵兹鳇影嚷蚕12灌会酶娥理时霹慰尘埃度戆影瞧
4结论
4。
薹。
薹纤维素酶和淀粉酶对处理混合办公疲纸都其舂较好的脱墨效果，且隧饕酶焉量的增
加臼度提高，尘埃度下降，当到达一定值时会有下降的趋势，说明酶用量并非越多越好。
4．1．2纤维素酶在处理mOW的适宜脱墨工艺为：
碎浆浆浓10％，碎浆时间45分钟，碎浆
温度5012，浮选时间10-'15分，浮选温度40‘C50C，浮选浆浓1％，浮选时脱墨剂用量
0．圭篱。
4．1．3少量淀粉酶的加入能够降低纤维素酶的用量，达到较好的脱墨效果，降低生产成本，
．90，
呻＼、誉熬醛甜
盼墙解巧簖蔫豁巧=2
明
盯
瓢
os王冰＼糕辩鼷识弱
中国造纸学报2008增刊中国造纸学会第十三届学术年会论文集
但其最佳工艺条件有待进一步研究。
参考文献
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作者简介：
龙柱（1966一），男，湖南新晃人，博士，教授。
研究方向为特种纸、造纸助剂和生物质资源综合利用；
E-mail：
longxdong@sina．com。
THEUTILIZATIONoFENZYMEINTHEDEINK矾GoFMoW
LONGZhuXIEHui·-pingLONGYu··feng
（KeyLaboratoryofScienceandTechnologyofF圮。
一TextileMinistryofEducation，
JiangnanUniversity，Wuxi214122，China）
ABSTRACT：
Withtheshortageofpapermakingrawmaterialsandthedemandof
environmentalrequirementsincreased，wastepaperincreasinglybecomesoneofthe
mostimportantraWmaterialsofpulpandpapermaking．Mixedofficewasteisthelargest
sourceofwastepapermarket,whichhasfollowingadvantages：
goodqualityof
fibres，highvalueofrecycling．Now，comparedtotraditionalchemicalde—inking，
enzymede-inkinghasitownvirtues--highde—inkingeffect，improvingthepropertyof
．91．
中国造纸学报2008增刊中国造纸学会第十三届学术年会论文集
．92一
pulpandpaper，decreasingtheconsumptionofchemicals，reducepollutionandlower
costsandwithtremendousdevelopmentpotential．
Theapplicationofcellulase，amylaseandthemixtureofthesetwomaterialstode-inking
wasinvestigatedinthispaper。
andtheirde-inkingeffectw它糟comparedwithtraditional
chemicalde—inkingandcommercialde-inking。
Theinfluenti蜒factorstodeinkingeffect
wel℃alsodiscussed，suchasthedosageofenzyme,de—inkingtime，ect．
Keywords：
enzymaticdeinking；MOW；Cellulase：
amylase
生物酶用于混合办公废纸脱墨的研究
作者：
龙柱，谢慧平，龙玉峰
作者单位：
江南大学无锡214122
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.研究表明,纤维素酶和酶制剂的加入能显著降低脱墨浆的尘埃度,提高纸浆的白度.与EnzynkE1688酶制剂相比,Novozym342酶具有较好的脱墨效果.
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浆性能的影响进行了比较。
研究表明，与对照浆相比，纤维素酶和半纤维素酶的加入能显著降低脱墨浆的尘埃度。
同时，在较低酶用量作用下，酶处理
可以改善脱墨浆的抗张强度。
几种酶相比，单组分的内切酶DeniMax401具有最好的脱墨效果，当酶用量为0.2ECU／g时，脱墨浆的尘埃度比对照浆下降了
60.6％，并且保持了良好的物理性能。
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：
Novozym6130.2ECUg，Novozym4760.1ECU
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