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

1、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lO15min，浮选温度4050，浮选浆浓1，浮选时脱墨剂用量01；少量淀粉酶的加入能够降低纤维素酶的用量，

2、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ONP0MG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70120。C时会熔化，

3、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BD-葡聚糖纤维二糖酶(EC32191；CBH)、内切一1，4一BD一葡聚糖酶(EC3214；EG)和纤维二糖水解酶(EC32121：CB)。纤维素酶水解纤维素物质成为葡萄糖

4、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

5、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21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35天用以平衡水分，备用。22实验药品纤维素酶(酶活15，0001Ug)、淀粉酶(酶活2，000IUg)，商品化学脱墨剂、NaOH、Na2Si03、EDTA、H202。23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、GBJA纤维标准解离器、HB43水分快速测定仪、甩干机

6、、ZQJl-B-II型纸样抄取器、WS-SD sd色度白度计、hppsc21 10扫描仪。24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20 Hz，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4050C，同时加入浮选剂，调节压强为05千帕，气速062升分，进行

7、1015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15，在转数5000rPm、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0405的浓度，按60克米2定量抄纸片。25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3结果与讨论31酶用量对MOW脱墨效果的影响9290

8、 r易88孚86釜st82002 0025 003 0035 004纤维素酶用量一JJ0045 005 0055剥矧10。1。一002 0025 003 0035 004 0045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003(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

9、某些部位发生形变，成为类似于结状的结构(node likestructure)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。8

10、886昌84暮82遗80皿7876一一。， O01 0015 002 0025 003淀粉酶用舒圈3淀粉酶用量对白度增益的影响引ll：!o0 o005 oOl o 01 5 o02 o025 003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001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

11、，经过浮选洗涤后，抄出纸片中仍含有较多油墨粒子。32酶处理时间对MOW脱墨效果的影响选择纤维素酶最佳用量003和淀粉酶最佳用量001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1712毫米2克，脱墨率9675，白度达9215IS0，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。20 2

12、5 30 35 40 45 50处理时间min55 60 65图5纤维素酶处理时间对白度增益的影响茹瓣躲7820 30 40 50 60 70处理时间min20辜15退m髫soI芝l昌 魁鲜刽10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65处理时间min圈6纤维素酶处理时间对尘埃度的影响20 30 40 50 60 70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33纤维素酶淀粉酶用量比对MOW脱墨效果的影响最佳淀粉酶001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

13、墨率随着纤维素酶用量降低而升高，在纤维素酶用量为001，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巧蛇巧虬一s：虬帅oH乎猫罂世中国造纸学报2008增刊中国造纸学会第十三届学术年会论文集0 氇辩5 0。01 0e15 0髓瓴耱S 覆嚣纤维索酶用量96图9纤维索酶用量对白度增监的影响ls巡10量魁5鳞矧o0 0005 0。Ol 0。015 0+02 0。025 0。鹳纤维索酶用量图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

14、01和淀粉酶用量001，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。20 30 40 50处理时间min60 70i。，、一。2

15、0 30 40 50 60处理时Nmin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。412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40C50C，浮选浆浓1，浮选时脱墨剂用量0圭篱。413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

16、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1Zeyer C，Joyee J W，et a1Factors influencing enzyme deinking of recycle fiberTappi J，1994，77(10)：1692冯文英，倪新芳混合办公废纸的纤维素酶淀粉酶中性脱墨抄造胶印书刊纸国际造纸，2001，20(5)：26303朱允喜，刘秉钺废纸的酶法脱墨黑龙江造纸2003(4)：20234李宗全，秦梦华，詹怀宇混合办公废纸酶法脱墨过程中纤维形态的变化中国造学报，2003，18(2)：64715陈冠军，秦梦华，曲音波，高培基废纸

17、酶法脱墨的应用研究进展生物技术2002(1)6张玖政，武书彬，陈港纤维素酶脱墨机理的研究中国造纸学报2003(2)：1751787JeffriesTW，Klungness，JH，TappiJ， 77(4)：17317(1994)8MrkbakAL，Degn，P，Zimmermann，W，JBiotechn01， 67(2-3)：229237(1999)9Franks，NE，Holm，HC，MunkN，Enzymatic facilitated deinking of mixed office waste：the use of alkaline eellulosesNovo NordiskA 2

18、6360，the paper presented at the paper Recycling94 conference， Nov810，1994，London， UK10Viesturs，U，Leite，M， Bioresource Techn01， 67(3)：255265(1999)11Paik，Kn，and Park，JY， JKoreanTappi25(3)：4252(1993)12JKnowles， et a1Tibtech， 19875(9)： 255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-mai l： lon

19、gxdongs inacom。THE UTILIZATION oF ENZYME IN THE DEINK矾G oF MoWLONG Zhu XIE Hui-ping LONG Yufeng(Key Laboratory of Science and Technology of F圮。一Textile Ministry of Education，Jiangnan University，Wuxi 214122，China)ABSTRACT：With the shortage of papermaking raw materials and the demand ofenvironmental r

20、equirements increased， waste paper increasingly becomes one of themost important raW materials of pulp and papermakingMixed office waste is the largestsource of waste paper market, which has following advantages： good quality offibres，high value of recyclingNow，compared to traditional chemical deink

21、ing，enzyme de-inking has it own virtues-high deinking effect， improving the property of91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pulp and paper，decreasing the consumption of chemicals，reduce pollution and lowercosts and with tremendous development potentialThe application of cellulase，amylase and the mixtur

22、e of these two materials to de-inkingwas investigated in this paper。and their de-inking effect w它糟compared with traditionalchemical deinking and commercial de-inking。The influenti蜒factors to deinking effectwelalso discussed，such as the dosage of enzyme,deinking time，ectKeywords：enzymatic deinking；MO

23、W；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相似文献(10条)1.期刊论文李宗全.秦梦华.詹怀宇混合办公废纸酶法脱墨中油墨粒子的特性 -中国造纸2003,22(5)采用图像分析技术和显微镜照像法研究了酶法脱墨中油墨粒子的特性.结果表明,与对照浆相比,在酶法脱墨过程中油墨粒子尺寸有所减小.油墨粒子尺寸减少可能通过(1)酶作用于纤维表面,使油墨粒子和细小纤维从纤维表面脱除(2)酶的作用使连接油墨粒子的细小纤维断裂,导致油墨粒子数量增多和尺寸减小.油墨粒子尺寸的减小使其更容易在后续浮选过程中被除去,从而

24、有助于提高脱墨效率.2.期刊论文李宗全.秦梦华纤维素酶用于混合办公废纸酶法脱墨的研究 -中国造纸学报2002,17(2)将纤维素酶和脱墨剂共同应用于混合办公废纸的脱墨中,研究了酶用量、时间、温度对脱墨的影响.研究表明,与多组分纤维素酶Novozym342相比,两种单一组分的内切酶Novozym613和Novozym476对油墨粒子的脱除更有效,其中含有纤维素吸附区(cellulose binding domain,CBD)的Novozym476对混合办公废纸具有最好的脱墨效果,经0.1ECUg的Novozym476和脱墨剂共同处理后的脱墨浆的尘埃度比传统的化学脱墨浆的尘埃度降低50%,其物理强

25、度相差不大.3.会议论文李宗全.秦梦华.詹怀宇混合办公废纸酶法脱墨中油墨粒子的特性 2004采用图象分析技术和显微镜照像法研究了酶法脱墨中油墨粒子的特性结果表明，与对照浆相比，在酶法脱墨过程中油墨粒子尺寸有所减小。油墨粒子尺寸减小可能通过：(1)酶作用于纤维表面，使油墨粒子和细小纤维从纤维表面脱离；(2)酶的作用使连接油墨粒子的细小纤维断裂，导致油墨粒子数量增多和尺寸减小油墨粒子尺寸的减小使其更容易在后续浮选过程中被除去，从而有助于提高脱墨效率.4.期刊论文胡湛波.王双飞.梁东梅.莫健梅.张卉混合办公废纸纤维素酶脱墨的工艺研究 -造纸科学与技术2003,22(3)采用四种不同纤维素酶制剂进行混

26、合办公废纸酶法脱墨实验，对脱墨浆性能和脱墨效果进行综合评价。从既能提高脱墨率，又尽可能保持物理强度方面考虑，在本实验条件下，同时存在内切酶、外切酶与木聚糖酶且FPACMCase值为0.0292的纤维素酶比较适合办公废纸酶法脱墨，其脱墨率最高，为82.3；裂断长仅比对照样低0.8，成纸强度好；最佳脱墨条件：加酶量：1.0IUg(CMCase)，温度：5055，pH值，5.0-5.5，时间：30-45min；浆浓5.0-5.5。5.期刊论文黄六莲 混合办公废纸的酶法脱墨 -福建林学院学报2005,25(1)将Novozym342酶和Enzynk E1688酶制剂应用于混合办公废纸的酶法脱墨中.应用

27、正交实验设计方法研究了酶处理时间、pH值、处理温度、浆浓、酶用量等对混合办公废纸脱墨浆性能的影响,并对两种酶对混合办公废纸脱墨浆性能的影响进行了比较,同时还对2种酶与普通脱墨剂的脱墨效果进行了比较.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Enzynk E1688酶制剂相比,Novozym342酶具有较好的脱墨效果.6.期刊论文李宗全.秦梦华.王少霞.詹怀宇混合办公废纸酶法脱墨的研究 -造纸科学与技术2003,22(3)将几种纤维素酶和半纤维素酶应用于混合办公废纸的酶法脱墨中。研究了碎浆时间和碎浆浓度对脱墨效果的影响，并对几种酶对混合办公废纸脱墨浆性能的影响进

28、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0.2ECUg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。7.期刊论文李宗全.秦梦华.詹怀宇不同酶对混合办公废纸脱墨浆性质的影响 -中国造纸学报2003,18(2)对3种不同组分的纤维素酶在酶法脱墨中对纸浆性质的影响作了研究.在酶法脱墨过程中,酶的加入能够改善脱墨效果,但同时也会影响到脱墨浆的性质.研究结果表明,纤维素酶的加入能够改善脱墨浆的滤水性,并且

29、不同纤维素酶对脱墨浆滤水性的影响有所不同;与单一组分的内切酶相比,内切酶和外切酶的协同作用更有利于脱墨浆滤水性的改善;酶处理不会造成纤维长度的明显下降,但酶处理会降低脱墨浆纤维的零距抗张强度;另外酶处理能导致纤维比表面积的升高.8.期刊论文吴淑芳.丁少军.李忠正.WU Shu-fang.DING Shao-jun.LI Zhong-zheng NaOH预处理促进混合办公废纸酶法脱墨的探讨-中华纸业2005,26(6)研究NaOH预处理对混合办公废纸酶法脱墨的影响.结果表明,与内切纤维素酶EGI脱墨相比,经NaOH预处理后再酶处理可提高油墨脱出率约10%.NaOH预处理的最佳工艺条件为碱用量1.

30、0%(对绝干浆),温度60,时间45min.9.学位论文李宗全 混合办公废纸酶法脱墨及其纤维性能改善的研究 2002采用两种不同的脱墨流程，用几种单组分和多组分的纤维素酶和非纤维素酶对混合办公废纸的酶法脱墨和纤维性能改善进行了研究。在酶法脱墨中纤维素酶尤其是内切酶是必需的。适合两种脱墨流程的酶有所不同。在碎浆后进行酶处理的脱墨流程中，含有纤维素吸附区(cellulosebindingdomain，CBD)的单组分纤维素内切酶Novozym476具有最好的脱墨效果。两种纤维素内切酶Novozym613和Novozym476以及木聚糖酶和-淀粉酶的协同作用可以取得比几种酶单独使用时更好的效果。混合办公废纸碎浆后进行酶法脱墨的最佳工艺条件是：Novozym6130.2ECUg，Novozym4760.1ECU