CN104213448A - 一种基于漆酶/谷氨酸用于抑制再生纤维强度下降的生物处理方法 - Google Patents

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万金泉
杨青
陈杨梅
马邕文
王艳
黄明智
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Abstract

本发明提供了一种基于漆酶/谷氨酸用于抑制再生纤维强度下降的生物处理方法，所述方法步骤为：向再生植物纤维原浆中加入漆酶和谷氨酸，得到混合液，用水合柠檬酸和十二水合磷酸氢二钠组成的缓冲液调节混合液pH为4-6.5，在室温下进行反应；完成反应后过滤,用水洗涤。在再生植物纤维中引进了羧基，增大了纤维的润胀能力，和增加了纤维间的结合能力。与未改性纤维相比，经漆酶/谷氨酸改性后的纤维，所抄造出来的纸张抗张指数、耐破指数和撕裂指数均有提高。

Description

一种基于漆酶/谷氨酸用于抑制再生纤维强度下降的生物处理方法
技术领域
本发明涉及制浆造纸领域，具体涉及一种基于漆酶/谷氨酸用于避免再生植物纤维造纸所使用的再生纤维强度下降的生物处理方法。
背景技术
近年来，再生植物纤维的回收利用越来越受到人们的重视。中国已成为世界纸品生产、消费和进口大国，且纸品需求仍在以每年10％的速度递增，到2012年，纸产量已达1亿吨以上。在我国造纸行业中再生纤维是非常重要的原料，2013年全国纸浆生产总量为7651万吨，其中再生纤维浆为5940万吨，再生纤维浆占总浆的77.6％。利用1吨废纸相当于节约3m3的木材，且利用废纸生产1吨高白度脱墨浆较利用植物原料生产1吨化学浆可节约水50％，节约化学药品60％～70％，节约能源50％以上。因此再生纤维的回收利用不仅能够减少造纸原料的使用而且降低了化学药品、能量、水的消耗，更减少了造纸行业对环境的污染。
但是再生纤维回收利用存在着难脱墨，成纸性能下降，细小纤维留着率低等问题。再生植物纤维经过了蒸煮、打浆、干燥、压榨等一系列制浆造纸工艺，与原纤维相比，性质发生了许多变化，如因滤水性能、润胀能力下降而导成纸强度下降。再生植物纤维强度的降低大大影响了其回收利用，对其进行改性是有必要的。
漆酶用于改善再生植纤维性能或脱墨成为现在研究的热点，并且越来越受到人们的关注。近年来漆酶/介体用于改善再生植物纤维对纤维性能有一定的改善，漆酶的催化氧化反应只需空气中的氧气，副产物只有水，是“绿色催化剂”，但受到成本等影响，漆酶/介体用于改善植物纤维性能一直没实现工业化。本发明采用漆酶/谷氨酸用来改善再生植物纤维性能基于以下理由：一是谷氨酸分子含有两个羧基，羧基含量高，当谷氨酸分子进入纤维后，增加了纤维中羧基的含量，有利于纤维的吸水润胀，最终使纤维强度及纤维间的结合力增大；二是从经济角度来说，谷氨酸的来源广泛，价格便宜，使其容易应用于工业化生产中。
发明内容
本发明的目的在于克服现有再生纤维改性的不足，提供了一种基于漆酶/谷氨酸用于抑制再生纤维强度下降的生物处理方法。
本发明通过以下技术予以实现：
一种基于漆酶/谷氨酸用于抑制再生纤维强度下降的生物处理方法，包括以下步骤：
(1)向再生植物纤维原浆中加入漆酶和谷氨酸，得到混合液，用水合柠檬酸和十二水合磷酸氢二钠组成的缓冲液调节混合液pH为4-6.5，在室温下进行反应；
(2)完成反应后用水洗涤过滤，得到滤渣浆样。
上述方法中，步骤(1)中所述再生植物纤维原浆为旧瓦楞箱板纸或旧报纸。
上述方法中，所述再生植物纤维原浆的占混合液质量的4％-6％。
上述方法中，所述漆酶用量为再生植物纤维原浆的0.10％-0.30％。
上述方法中，所述谷氨酸用量为再生植物纤维原浆的1％-3％。
上述方法中，所述一水合柠檬酸在缓冲液中的浓度为0.1-0.2mol/L，十二水合磷酸氢二钠在缓冲液中的浓度为0.2-0.3mol/L。
上述方法中，步骤(1)所述反应时间为150-240min。
上述方法中，步骤(2)中所述过滤为用水进行洗涤过滤，直至滤液呈无色。
上述方法中，所述反应是在转速为100-200r/min搅拌条件下进行的。
本发明的反应原理：
向原浆中加入漆酶和谷氨酸，通过漆酶的氧化还原作用，把谷氨酸嫁接到植物纤维内，从而引进羧基。羧基含量的增加，可以提高纤维的润胀能力和纤维间的结合力，从而提高由改性再生植物纤维抄造而成的纸页的强度物理性能。
采用本发明的生物酶与谷氨酸处理引进羧基含量来改善再生植物的润胀能力和纤维间的结合能力，不仅可以提高纤维的成纸性能，延缓纤维品质衰变，而且具有明显的优点：
与现有技术想比较，本发明具有以下优点：
(1)对纤维造成的损伤很少，本发明能从源头上抑制再生植物纤维的品质衰变，生产成本低适合应用于工业生产，能够提高再生纤维的回用次数，这将给造纸行业带来巨大的经济效益。
(2)本发明的化学药品价格便宜，并且改性效果明显，给环境带来的污染较小。反应的条件温和操作简单，在室温下搅拌即可反应。
(3)本发明对再生植物纤维成纸强度有明显的提高效果，与未经过处理的浆样相比抗张指数，耐破指数，撕裂指数分别提高了31.8％，21.24％，7.8％。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步地具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。目前再生植物纤维回用于造纸，用得最多的是旧瓦楞箱纸板(OCC)浆。
实施例1
向相当于绝干浆10g的OCC浆中加入0.005g的漆酶(工业漆酶活性2000U/L广州菲博生物科技有限公司)和0.1g谷氨酸(上海伯奥生物科技有限公司)，与水进行混合，使最终的浆浓为5％，用一水合柠檬酸(0.1mol/L)和十二水合磷酸氢二钠(0.2mol/L)调节pH＝4.5。
在搅拌(转速15r/min)条件下进行反应，反应在室温下进行，反应时间为180min。
反应结束后，过滤，用水进行洗涤，直至滤液呈无色，得到浆样。
所得浆样在密封袋中平衡水分后，测定浆样的水份含量，然后抄造纸页，所得纸页用于测定纸张的各种强度。
表1
表1为漆酶/谷氨酸处理对OCC再生纤维的增强作用，从表1中可以看出经漆酶和谷氨酸处理后的浆料抗张指数，耐破指数和撕裂指数都有较大幅度的提高(其中未处理和处理浆都经过了打浆处理，打浆条件：浆浓10％，转速3000r/min。增量均以未处理样指标为比较标准)。
与未经过处理的浆样相比，抗张指数，耐破指数，撕裂指数分别提高了31.8％，21.24％和1.46％。可见经过本发明的改性方法，OCC浆的回用潜能提高了，解决了回用过程中再生纤维强度下降的问题。
实施例2
向相当于绝干浆10g的OCC浆中加入0.005g的漆酶(工业漆酶活性2000U/L广州菲博生物科技有限公司)和0.2g谷氨酸(上海伯奥生物科技有限公司)，与水进行混合，使最终的浆浓为5％，用柠檬酸和磷酸氢二钠溶液调节pH＝5。
在搅拌(转速15r/min)条件下进行反应，反应在室温下进行，反应时间为180min。
反应结束后，过滤，用水进行洗涤，直至滤液呈无色，得到浆样。
所得浆样在密封袋中平衡水分后，测定浆样的水份含量，然后抄造纸页，所得纸页用于测定纸张的各种强度。
表2
表2为漆酶/谷氨酸处理对OCC再生纤维的增强作用，从表1中可以看出经漆酶和谷氨酸处理后的浆料抗张指数，耐破指数和撕裂指数都有较大幅度的提高(其中未处理和处理浆都经过了打浆处理，打浆条件：浆浓10％，转速3000r/min)。增量均以未处理样指标为比较标准)。
与未经过处理的浆样相比，抗张指数，耐破指数，撕裂指数分别提高了46.08％，28.38％和7.8％。可见经过本发明的改性方法，OCC浆的回用潜能提高了，解决了回用过程中再生纤维强度下降的问题。
实施例3
向相当于绝干浆10g的OCC浆中加入0.005g的漆酶(工业漆酶活性2000U/L广州菲博生物科技有限公司)和0.1g谷氨酸(上海伯奥生物科技有限公司)，与水进行混合，使最终的浆浓为5％，用柠檬酸和磷酸氢二钠溶液调节pH＝5。
在搅拌(转速15r/min)条件下进行反应，反应在室温下进行，反应时间为120min。
反应结束后，过滤，用水进行洗涤，直至滤液呈无色，得到浆样。
所得浆样在密封袋中平衡水分后，测定浆样的水份含量，然后抄造纸页，所得纸页用于测定纸张的各种强度。
表3
表3为漆酶/谷氨酸处理对OCC再生纤维的增强作用，从表1中可以看出经漆酶和谷氨酸处理后的浆料抗张指数，耐破指数和撕裂指数都有较大幅度的提高(其中未处理和处理浆都经过了打浆处理，打浆条件：浆浓10％，转速3000。增量均以未处理样指标为比较标准)。
与未经过处理的浆样相比，抗张指数，耐破指数，撕裂指数分别提高了39.21％，22.36％和4.9％。可见经过本发明的改性方法，OCC浆的回用潜能提高了，解决了回用过程中再生纤维强度下降的问题。
成本分析
表4为采用本发明的改性方法来处理一吨废纸浆的费用分析。
表4
用漆酶/谷氨酸来处理再生植物纤维所需要的费用只有60元/吨，而就改善再生植物纤维成纸强度来说，与未经过处理的浆样相比，抗张指数，耐破指数，撕裂指数分别提高了39.21％，22.36％和7.8％，从经济成本和改善效果出发，漆酶/谷氨酸更适用于用来改善再生植物纤维。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于漆酶/谷氨酸用于抑制再生纤维强度下降的生物处理方法，包括以下步骤：
（1）向再生植物纤维原浆中加入漆酶和谷氨酸，得到混合液，用水合柠檬酸和十二水合磷酸氢二钠组成的缓冲液调节混合液pH为4-6.5，在室温下进行反应；
（2）完成反应后用水洗涤过滤，得到滤渣浆样。
2.根据权利要求1所述的基于漆酶/谷氨酸用于抑制再生纤维强度下降的生物处理方法，其特征在于，步骤（1）中所述再生植物纤维原浆为旧瓦楞箱板纸或旧报纸。
3.根据权利要求1所述的基于漆酶/谷氨酸用于抑制再生纤维强度下降的生物处理方法，其特征在于，所述再生植物纤维原浆的占混合液质量的4%-6%。
4.根据权利要求1所述的基于漆酶/谷氨酸用于抑制再生纤维强度下降的生物处理方法，其特征在于，所述漆酶用量为再生植物纤维原浆的0.10%-0.30%。
5.根据权利要求1所述的基于漆酶/谷氨酸用于抑制再生纤维强度下降的生物处理方法，其特征在于，所述谷氨酸用量为再生植物纤维原浆的1%-3%。
6.根据权利要求1所述的基于漆酶/谷氨酸用于抑制再生纤维强度下降的生物处理方法，其特征在于，所述一水合柠檬酸在缓冲液中的浓度为0.1-0.2 mol /L，十二水合磷酸氢二钠在缓冲液中的浓度为0.2-0.3mol/L。
7.根据权利要求1所述的基于漆酶/谷氨酸用于抑制再生纤维强度下降的生物处理方法，其特征在于步骤（1）所述反应时间为150-240min。
8.根据权利要求1所述的基于漆酶/谷氨酸用于抑制再生纤维强度下降的生物处理方法，其特征在于，步骤（2）中用水进行洗涤过滤，直至滤液呈无色。
9.根据权利要求1所述的基于漆酶/谷氨酸用于抑制再生纤维强度下降的生物处理方法，其特征在于，所述反应是在转速为100-200r/min搅拌条件下进行的。
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