CN101718050A - 废新闻纸生物酶脱墨工艺 - Google Patents
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Abstract
废新闻纸生物酶脱墨工艺，涉及废纸制浆工艺。其特征在于工艺流程为：①脱墨剂的制备：在纤维素酶中加入碱性脂肪酶、淀粉酶、木聚糖酶一种或多种，制成复合酶；复合酶中各组分比例为：2000～10000U纤维素酶、10000～100000U碱性脂肪酶、木聚糖酶1000-5000U和8000～15000U淀粉酶，再在所述重量的复合酶中加入0.05～0.15公斤的表面活性剂组成脱墨剂；②高浓碎浆机碎浆：在高浓碎浆机中加入40～60℃的水，按绝干纸100公斤计，往废报纸和杂志纸中投入10～150克的脱墨剂、0.2～0.4公斤的九水硅酸钠，开动碎浆机10～30分钟后停机；③进入浮选分离油墨工序，得脱墨纸浆。优点在于不使用氢氧化钠和过氧化氢，降低生产成本及废水污染。
Description
技术领域：
本发明涉及废纸制浆工艺，特别是生物酶脱墨工艺。
背景技术：
与木材制浆造纸相比，利用废纸造纸，可以节约大量林木资源，保护生态，减轻污染，减少投资，降低能耗。因此，废纸已成为当今造纸工业重要的原料来源，而且所占比例越来越大，其中废新闻纸特别是欧美进口废新闻纸由于数量庞大且质量优而稳定，而逐渐受到国内大型造纸企业的青睐。
脱墨是废纸制浆中一个重要的环节。目前，废纸脱墨主要有机械法、纯化学法和生物酶法。最普遍的还是纯化学法，纯化学法也就是工业钠皂法，即通过采用氢氧化钠、硅酸钠、表面活性剂等化学品，使废纸上的油墨皂化或水解，最终从纸纤维上脱落去除。但是它具有脱墨成本高，纤维损失大，纸浆得率低，纸品易返黄，废水污染严重等缺点而将逐渐被淘汰。而生物酶法将具有取而代之的趋势，因为它克服了纯化学法的诸多缺点。但是，虽然生物酶也开始在部分废纸脱墨中应用，由于生物酶法脱墨机制尚不清楚，使得应用技术发展参差不齐，特别是针对废新闻纸的脱墨，因为该废纸油墨含量高，成分复杂，酶脱墨难度大，与纯化学法相比并不具有更为显著的优势而至今未实现工业应用，主要表现在现行的酶法脱墨技术应用成本还比较高，还不能完全革除氢氧化钠和过氧化氢，使生产成本和废水污染负荷降低不够明显。
中国专利200410052468.1脂肪酶废纸脱墨新工艺公开了一种脂肪酶脱墨工艺，其工艺及脱墨剂配方为：
1、脂肪酶脱墨剂的制备，在脂肪酶中加入或不加入纤维素酶、木聚糖酶、淀粉酶或果胶酶中的一种或多种，混合制得脂肪酶脱墨剂备用；
2、在高浓水力碎浆机中加入温度为30～70℃的水，按绝干纸浆100公斤计，依次投入含脂肪酶1万U～50万U的脂肪酶脱墨剂，即按脂肪酶酶活1万U/克计，需加1～50克脂肪酶、0～3公斤氢氧化钠、0.05～0.5公斤表面活性剂，再投入纸浆，使纸浆浓度为10～18％，碎浆机开动5～20分钟加入3公斤以下的过氧化氢，再运转5～20分钟停机；
3、进入除渣、分离油墨工序，得脱墨纸浆。
该工艺同样存在使用大量氢氧化钠、过氧化氢，脱墨成本高，纤维损失大的缺陷。
发明内容：
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种废新闻纸生物酶脱墨工艺。
本发明的方案是：包括脱墨剂制备、高浓碎浆机碎浆、浮选分离油墨工序，其中脱墨剂配方中包含纤维素酶、脂肪酶、淀粉酶、木聚糖酶、表面活性剂，其特征在于工艺流程为：
①脱墨剂的制备：在纤维素酶中加入碱性脂肪酶、淀粉酶一种或多种，制成复合酶；复合酶中各组分比例为：2000～10000U纤维素酶、10000～100000U碱性脂肪酶、木聚糖酶1000-5000U和8000～15000U淀粉酶，再在所述重量的复合酶中加入0.05～0.15公斤的表面活性剂组成脱墨剂；
②高浓碎浆机碎浆：在高浓碎浆机中加入40～60℃的水，按绝干纸100公斤计，往废新闻纸和杂志纸中投入10～150克的脱墨剂、0.2～0.4公斤的九水硅酸钠，开动碎浆机10～30分钟后停机；
③进入浮选分离油墨工序，得脱墨纸浆。
本发明的优点在于：与化学脱墨工艺相比，本发明具有大幅度减少化学品使用量，纸浆滤水性提高，纸浆得率提高，废水污染负荷降低等优点；与普通生物酶脱墨工艺相比，本发明具有不使用氢氧化钠和过氧化氢，降低生产成本及废水污染优势更加明显，使用水性脱墨剂比油性的更有利于造纸业的清洁生产。所以，本发明技术可以实现在废新闻纸脱墨的工业应用。成本降低，纤维度高。
具体实施方式：
本发明工艺步骤与配方为：包括脱墨剂制备、高浓碎浆机碎浆、浮选分离油墨工序，其中脱墨剂配方中包含纤维素酶、脂肪酶、淀粉酶、木聚糖酶、表面活性剂，其特征在于工艺流程为：
①脱墨剂的制备：在纤维素酶中加入碱性脂肪酶、淀粉酶、木聚糖酶一种或多种，制成复合酶；复合酶中各组分比例为：2000～10000U纤维素酶、10000～100000U碱性脂肪酶、木聚糖酶1000-5000U和8000～15000U淀粉酶，再在所述重量的复合酶中加入0.05～0.15公斤的表面活性剂组成脱墨剂；
在不加氢氧化钠和过氧化氢的情况下制备脱墨剂；
②高浓碎浆机碎浆：在高浓碎浆机中加入40～60℃的水，按绝干纸100公斤计，往废报纸和杂志纸(以美废8#废纸为佳)中投入10～150克的脱墨剂、0.2～0.4公斤的九水硅酸钠，开动碎浆机10～30分钟后停机；
③进入浮选分离油墨工序，得脱墨纸浆。
影响废新闻纸生物酶脱墨新技术工艺效果的因素如下：
1、碎浆温度：根据复合酶综合最适作用温度予以确定，高温将抑制酶活性，低温不能使酶发挥活性，均会影响脱墨效果；
2、碎浆时间：根据碎解后纸浆油墨残留量进行调整；
3、生物酶的添加浓度：生物酶是直接作用于油墨及其附着纤维的，所以其用量或活性单位决定于废纸原料不同油墨含量以及纸产品白度要求。对于纤维素酶，不是越高越好，但脂肪酶、淀粉酶则在一定范围内，高活性是有利的，只是将增加一定的成本；
4、表面活性剂：本发明中是设计一种水性的非离子型阴离子表面活性剂(如平平加～20、AEO～20、OEP～98、磷酸酯)一种或一种以上，更有利于油墨分散、皂化。根据废纸原料、工艺设备、成纸白度要求等条件确定。
废新闻纸脱生物酶脱墨是一个复杂的物理、化学及生物化学的过程，包括油墨分解、分散、乳化和皂化。生物酶的其中作用机理至今未能完全揭示。但是许多研究结果表明，复合生物酶的处理效果均比用单一种酶的效果好，这可能与不同酶之间的协同作用有关；选用酶学特性和酶活性适合的水解酶组分在特殊水性表面活性剂作为助剂的条件下，完全替代了碎浆阶段氢氧化钠的润胀与水解作用、钠皂的皂化作用和过氧化氢的漂白作用成功完成脱墨过程，在随后的浮选、洗涤和漂白工序中，获得合格的脱墨纸浆。因此，本发明是一种在显著减少化学品(钠皂、氢氧化钠、硅酸钠和过氧化氢)使用的基础上，提高纸浆得率，降低废水污染负荷，设备结垢明显减少，脱墨综合成本显著降低的废新闻纸酶法脱墨新技术。
本发明是在优选脱墨用水解酶组合的基础上，选用匹配的水性表面活性剂组成的脱墨助剂，使之可以在不添加氢氧化钠和过氧化氢的条件下，对废新闻纸进行成功脱墨。使酶法脱墨综合效果得到显著提高。因为各种酶组分的不同酶学特性以及组分之间的协同作用将决定脱墨效果；生物酶只有在特定表面活性剂“协助”下才能更有效地发挥其脱墨作用。
结合具体实例对本发明进一步详述如下：
特定酶学特性的纤维素酶、脂肪酶、木聚糖酶和淀粉酶的协同水解作用，在水性表面活性剂作为助剂的配合下，可以有效地将废纸表面的油墨颗粒从纤维表面剥离，并使之在浮选过程中得到有效的分离。以上各酶组分部分可从市场中选购产品。如纤维素酶与脂肪酶：本公司自产；淀粉酶：无锡协达生物科技有限公司耐高温淀粉酶、木聚糖酶。水性表面活性剂各组份也可从市场选购。如：平平加～20可从海安石化购买；异构醇醚：巴斯夫Lutensol XP～100；RP～98：德国科莱恩；磷酸酯盐：陶氏化学TRITON H～66。
废新闻纸脱墨生产新闻纸：
原料：美国8#废纸，美国杂志废纸，2#生物酶，新型脱墨助剂，螯合剂w～3。将上述废纸撕成规格为30mm×30mm大小的纸片，平衡后测定水分按8#废纸和杂志废纸以8∶2的比例称量绝干纸片若干份，存于密封的容器中，备用。
碎浆工艺条件：碎浆浓度13％，碎浆时间20分钟，碎浆温度50～55℃，生物酶用量0.03％，脱墨助剂用量0.09％，九水硅酸钠用量0.4％；以南方某造纸厂纯化学法工业钠皂脱墨工艺为对照(碎浆温度55-60℃，H2O2用量0.5％，NaOH用量0.8％，工业钠皂用量0.35％，九水硅酸钠用量1％，螯合剂w-3用量0.2％)，以上用量均对绝干废纸计算。
浮选工艺条件：浮选浓度0.96％，浮选时间10分钟，浮选温度40～45℃。
过氧化氢漂白工艺：漂白浓度20％，漂白温度90℃，漂白时间75分钟，NaOH用量0.8％，九水硅酸钠用量1％，H2O2用量2％，螯合剂w-3用量0.3％。
测试结果汇总于下表1，2
表1工业钠皂脱墨剂和生物酶脱墨剂脱墨实验结果
表2.脱墨浆高浓过氧化氢漂白结果
| 工业钠皂脱墨浆 | 生物酶脱墨浆 | |
| 漂后浆白度(％) | 57.84 | 57.23 |
| 白度增加的绝对值(对脱墨浆) | 8.22 | 8.97 |
| 白度增加相对值(对脱墨浆，％) | 16.57 | 18.59 |
| ERIC减少的绝对值(对脱墨浆，mg/kg) | 53.02 | 86.16 |
| ERIC减少的相对值(对脱墨浆，％) | 15.69 | 21.37 |
| 工业钠皂脱墨浆 | 生物酶脱墨浆 | |
| 漂后浆游离度(ml) | 211 | 262 |
| 漂后浆灰分(％) | 1.57 | 1.49 |
| 漂白得率(％) | 93.26 | 94.15 |
结果表明，生物酶脱墨剂的脱墨废水pH值、CODcr、BOD5都较工业钠皂脱墨剂的脱墨废水低，说明污染负荷低，废水的处理成本也低；生物酶脱墨剂的脱墨浆得率比工业钠皂的得率高5.23个百分点；白度值达到48.26％；生物酶脱墨浆在游离度、纸张松厚度、不透明度和光学性能方面都优于钠皂脱墨浆。
Claims (1)
1.废新闻纸生物酶脱墨工艺，包括脱墨剂制备、高浓碎浆机碎浆、浮选分离油墨工序，其中脱墨剂配方中包含纤维素酶、脂肪酶、淀粉酶、木聚糖酶、表面活性剂，其特征在于工艺流程为：
①脱墨剂的制备：在纤维素酶中加入碱性脂肪酶、淀粉酶、木聚糖酶一种或多种，制成复合酶；复合酶中各组分比例为：2000～10000U纤维素酶、10000～100000U碱性脂肪酶、木聚糖酶1000-5000U和8000～15000U淀粉酶，再在所述重量的复合酶中加入0.05～0.15公斤的表面活性剂组成脱墨剂；
②高浓碎浆机碎浆：在高浓碎浆机中加入40～60℃的水，按绝干纸100公斤计，往废报纸和杂志纸中投入10～150克的脱墨剂、0.2～0.4公斤的九水硅酸钠，开动碎浆机10～30分钟后停机；
③进入浮选分离油墨工序，得脱墨纸浆。
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