CN105386352A - 一种利用角质酶和化学试剂共同脱墨的方法 - Google Patents

一种利用角质酶和化学试剂共同脱墨的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用角质酶和化学试剂共同脱墨的方法，属于酶工程技术领域。本发明包括：碎浆，酶处理，化学处理，浆料洗涤脱水，浮选；酶处理使用的是角质酶，用量为10-20U/g绝干浆；所述化学处理是添加0.5-4％的Na2SiO3、0.1-0.8％的MgSO4、0.1-0.8％的EDTA、0.1-4％的H2O2进行处理。本发明通过酶法和化学法的联合脱墨，不仅可以解决目前酶法脱墨存在的酶用量大、成本大的问题，而且化学试剂种类和用量的选择，使酶法和化学试剂法发生协同作用，显著增强了脱墨处理的效果，此外，也不需要使用碱性物质，解决了常规化学法脱墨存在的污水处理的问题。

Description

一种利用角质酶和化学试剂共同脱墨的方法
技术领域
本发明涉及一种利用角质酶和化学试剂共同脱墨的方法，属于酶工程技术领域。
背景技术
二次纤维即可再生纤维，用于生产纸和纸板已有多年的历史。随着世界纸和纸板生产及需求量的与日俱增，人们环保意识的加强，世界各国加强了对森林资源的保护，这就迫使造纸工业在原料结构中增加二次纤维的比例。废纸的回收利用是解决造纸工业面临的资源短缺、能源紧张和污染严重等三个问题的有效途径，是实行清洁生产的重要举措，是坚持可持续发展的必由之路。据中国造纸协会的调查资料，二次纤维在造纸原料中的比例在逐年增加，2010年全国纸浆消耗总量8461万吨，其中，废纸浆5305万吨，所占比例高达63％，比上年增长6.16％。
二次纤维要回收利用，首先经过废纸的脱墨过程，废纸脱墨过程，是一个化学反应和物理反应相结合的过程，一般是通过脱墨剂来破坏印刷油墨对纤维的吸附，并在一定的温度和剪切力作用下，将油墨颗粒从纤维上剥离下来。油墨大致由色料、连接料、助剂组成。连接料是由少量天然树脂、合成树脂、纤维素、橡胶衍生物等溶于干性油或溶剂中制得。对颜料起保护作用，使其难以脱落，由于本身的黏性,在脱墨过程中很难将其包含的色料除去,从而对再生浆产生影响。
目前，我国废纸脱墨工艺仍采用传统的化学浮选法或洗涤法，洗涤法是用大量的水反复冲洗浆料，使纸张上的油墨粒子与纤维剥离，同时也去除了废纸中的填料与细小纤维，从而达到洗净的目的。浮选法是通过使油墨颗粒吸附到气泡上，并随同上浮的气泡而除去的。普通的化学法需要大量使用碱性物质，水的直接排放会严重污染环境，处理污水也需要大量的污水处理化学品，同时纸张白度的提升有限。生物酶法脱墨技术是近年来研究的重点。多数酶法脱墨实验表明了，生物酶脱墨技术可以提高脱墨浮选效率，减少纤维流失，消除化学品的用量，达到提高生产效率的目的。然而在实际应用中，目前的酶法脱墨，存在酶用量大、成本增加的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种利用酶法和化学法联合脱墨的方法，不仅可以解决目前酶法脱墨存在的酶用量大、成本大的问题，而且化学试剂种类和用量的选择，使酶法和化学试剂法发生协同作用，显著增强了脱墨处理的效果，此外，也不需要使用碱性物质，解决了常规化学法脱墨存在的污水处理的问题。
所述方法包括：碎浆，酶处理，化学处理，浆料洗涤脱水，浮选；所述酶处理使用的是角质酶，用量为10-20U/g绝干浆；所述化学处理是添加0.5-4％的Na2SiO3、0.1-0.8％的MgSO4、0.1-0.8％的EDTA、0.1-4％的H2O2进行处理，百分数是相对绝干浆的质量而言。
在本发明的一种实施方式中，所述碎浆是：取绝干浆浆料100-200g，调节浆浓为10-20％，转数200-250r/min，时间20-30分钟。
在本发明的一种实施方式中，所述酶处理的条件是：控制温度为40～60℃，处理时间100-200min。
在本发明的一种实施方式中，所述化学处理的条件是：温度为50-70℃，处理时间30-120min。
在本发明的一种实施方式中，所述浆料洗涤脱水为用去离子水稀释处理后的废纸浆。
在本发明的一种实施方式中，所述浮选条件为加水调节浆料浓度至1～2％，温度为40-50℃，浮选时间为60-120min。
在本发明的一种实施方式中，所述方法还包括抄片步骤，所述抄片条件定量为60g/m2。
在本发明的一种实施方式中，所述的角质酶来自嗜热单孢菌Thermobifidafusca或氨基酸序列与得自Thermobifidafusca的角质酶至少有60％，特别是65％，更准确地说70％，或75％，或80％，或85％，或90％，或92％，或95％，或97％，或至少99％的同源性且具有角质酶活性的酶。
在本发明的一种实施方式中，所述的角质酶也来自腐皮镰刀菌Fusariumsolani或氨基酸序列与得自Fusariumsolani的角质酶至少有60％，特别是65％，更准确地说70％，或75％，或80％，或85％，或90％，或92％，或95％，或97％，或至少99％的同源性且具有角质酶活性的酶。
在本发明的一种实施方式中，所述角质酶是NCBI编号为AAZ54920、AAZ54921或AAA33334的角质酶。
在本发明的一种实施方式中，所述角质酶的生产方法为在一定培养条件下，以生产角质酶的重组大肠杆菌(ChenS,TongX,WoodardRW,DuGC,WuJ,ChenJ,IdentificationandCharacterizationofBacterialCutinase,TheJournalofBiologicalChemistry,2008,283(28)25854-25862)发酵一定时间，经过12000rpm，离心10min，去除菌体，上清即为粗酶液。
在本发明的一种实施方式中，所述角质酶的生产方法也为在一定培养条件下,以生产角质酶的重组毕赤酵母发酵一定时间，经过12000rpm，离心10min，去除菌体，上清即为粗酶液。
在本发明的一种实施方式中，本发明方法具体包括：
(a)碎浆
取浆料100～200g(绝干浆)，调节浆浓为10～20％，利用NaOH,HCl调节pH为7.5～10.0，转数200～250r/min，时间20～30分钟；
(b)酶处理
在恒温水浴槽中，温度为40～60℃，处理时间100～200min；
(c)化学处理
在恒温水浴槽中，温度为50-70℃，加入0.5-4％Na2SiO3、0.1-0.8％MgSO4、0.1-0.8％EDTA、0.1-4％H2O2，处理时间30-120min；
(d)浆料洗涤脱水
用4～6L去离子水稀释生物酶处理后的废纸浆，然后用洗涤袋洗涤纸浆，最后将浆饼撕成小片，室温下风干；
(e)浮选
酶处理后的废纸浆用实验室浮选槽进行浮选，浮选条件:加热水调节浆料浓度至1％，温度为45℃，浮选时间为60min。浮选后的浆料滤水后室温下风干；
(f)废纸浆物理性能分析
对于浮选后的浆样，用标准抄片器进行抄片，定量为60g/m2,采用白度仪测定仪测定手抄片白度，撕裂度测定仪测定撕裂指数，抗张指数测定仪测定抗张指数，纸张耐破度仪测定耐破指数。
本发明的有益效果：
本发明利用角质酶和化学试剂进行共同脱墨，酶法与化学法协同作用，显著提高了脱墨效果。本发明方法，相对于原有方法效果好，减少了酶用量以及化学试剂的用量，增加了脱墨效率增加，在降低成本的同时，提高了产品质量和生产效率，降低单位产品的能源消耗，减少了污水处理。同时，利用废纸回用具有节省原生纤维资源，减少环境污染，简化工艺流程,降低能耗等优点。利用角质酶和化学试剂共同脱墨提高现有废纸的再利用率，加大二次纤维在造纸原料中的比重。这些优势在环境保护日益受到重视的当今社会，显得尤为重要。
具体实施方式
角质酶的酶活测定方法：
在37℃下，采用连续分光光度法测定酶活力。反应总体积为1.5mL，包括30μL酶液和1470μL含50mmol/L硫磺脱氧胆酸钠和50mmol/L对硝基苯丁酸酯(pNPB)的Tris-HCl缓冲液(pH8.0)，在波长405nm处，记录对硝基酚的生成速率。酶活的定义为：在37℃，每分钟将对硝基苯丁酸酯催化水解生成1μmol对硝基酚的酶量即为一个酶活力单位。
实施例1：单独角质酶进行脱墨或者化学法脱墨
Thermobifidafusca角质酶脱墨：
1、碎浆：取浆料200g(绝干浆)，调节浆浓为10％，转数225r/min，时间30分钟。
2、酶处理：在恒温水浴槽中，温度为60℃，处理时间120min，隔10分钟手动揉搓。
3、浆料洗涤脱水：用5L去离子水稀释生物酶处理后的废纸浆，然后用洗涤袋洗涤纸浆，最后将浆饼撕成小片，室温下风干。
4、浮选:生物酶处理后的废纸浆用实验室浮选槽进行浮选，浮选条件:加热水调节浆料浓度至1％，温度为45℃，浮选时间为60min。浮选后的浆料滤水后室温下风干。
5、废纸浆物理性能分析
对于浮选后的浆样，用标准抄片器进行抄片，定量为60g/m2,采用白度仪测定仪测定手抄片白度，撕裂度测定仪测定撕裂指数，抗张指数测定仪测定抗张指数，纸张耐破度仪测定耐破指数。
Fusariumsolani角质酶脱墨：
1、碎浆：取浆料200g(绝干浆)，调节浆浓为10％，转数225r/min，时间30分钟。
2、酶处理：在恒温水浴槽中，温度为30℃，处理时间120min，隔10分钟手动揉搓。
3、浆料洗涤脱水：用5L去离子水稀释生物酶处理后的废纸浆，然后用洗涤袋洗涤纸浆，最后将浆饼撕成小片，室温下风干。
4、浮选:生物酶处理后的废纸浆用实验室浮选槽进行浮选，浮选条件:加热水调节浆料浓度至1％，温度为45℃，浮选时间为60min。浮选后的浆料滤水后室温下风干。
5、废纸浆物理性能分析
对于浮选后的浆样，用标准抄片器进行抄片，定量为60g/m2,采用白度仪测定仪测定手抄片白度，撕裂度测定仪测定撕裂指数，抗张指数测定仪测定抗张指数，纸张耐破度仪测定耐破指数。
化学法脱墨：
1、碎浆：取浆料200g(绝干浆)，调节浆浓为10％，转数225r/min，时间20分钟。
2、浮选:废纸浆用实验室浮选槽进行浮选，浮选条件:加热水调节浆料浓度至1％，加入加入2％Na2SiO3,0.4％MgSO4,0.4％EDTA,2％H2O2，4％NaOH，温度为45℃，浮选时间为60min。浮选后的浆料滤水后室温下风干。
3、废纸浆物理性能分析
对于浮选后的浆样，用标准抄片器进行抄片，定量为60g/m2,采用白度仪测定仪测定手抄片白度，撕裂度测定仪测定撕裂指数，抗张指数测定仪测定抗张指数，纸张耐破度仪测定耐破指数。
表1单独酶法进或者单独化学法脱墨对白度的影响
表2单独酶法进或者单独化学法脱墨对废纸浆物理性能的影响
实施例2：采用Thermobifidafusca角质酶和化学试剂共同进行脱墨
角质酶脱墨：
1、碎浆：取浆料200g(绝干浆)，调节浆浓为10％，转数225r/min，时间20分钟。
2、酶处理：在恒温水浴槽中，温度为50℃，处理时间120min，隔10分钟手动揉搓。
3、化学处理：在恒温水浴槽中，温度为50℃，处理时间为60min，加入1％Na2SiO3,0.2％MgSO4,0.2％EDTA,1％H2O2。
4、浆料洗涤脱水：用5L去离子水稀释处理后的废纸浆，然后用洗涤袋洗涤纸浆，最后将浆饼撕成小片，室温下风干。
5、浮选:生物酶处理后的废纸浆用实验室浮选槽进行浮选，浮选条件:加热水调节浆料浓度至1％，温度为45℃，浮选时间为60min。浮选后的浆料滤水后室温下风干。
6、废纸浆物理性能分析
对于浮选后的浆样，用标准抄片器进行抄片，定量为60g/m2,采用白度仪测定仪测定手抄片白度.撕裂度测定仪测定撕裂指数，抗张指数测定仪测定抗张指数，纸张耐破度仪测定耐破指数。
表3Thermobifidafusca角质酶与化学试剂联合脱墨对白度的影响
共同脱墨白度 单一酶法白度 白度提高
酶量(20u/g绝干浆) 48.23 42.64 5.59
酶量(10u/g绝干浆) 44.36 41.02 3.34
表4Thermobifidafusca角质酶与化学试剂联合脱墨对废纸浆物理性能的影响
实施例3：采用Fusariumsolani角质酶和化学试剂共同进行脱墨
角质酶脱墨：
1、碎浆：取浆料200g(绝干浆)，调节浆浓为10％，转数225r/min，时间20分钟。
2、酶处理：在恒温水浴槽中，温度为50℃，处理时间120min，隔10分钟手动揉搓。
3、化学处理：在恒温水浴槽中，温度为50℃，处理时间为60min，加入2％Na2SiO3,0.1％MgSO4,0.1％EDTA,2％H2O2。
4、浆料洗涤脱水：用5L去离子水稀释处理后的废纸浆，然后用洗涤袋洗涤纸浆，最后将浆饼撕成小片，室温下风干。
5、浮选:生物酶处理后的废纸浆用实验室浮选槽进行浮选，浮选条件:加热水调节浆料浓度至1％，温度为45℃，浮选时间为60min。浮选后的浆料滤水后室温下风干。
6、废纸浆物理性能分析
对于浮选后的浆样，用标准抄片器进行抄片，定量为60g/m2,采用白度仪测定仪测定手抄片白度.撕裂度测定仪测定撕裂指数，抗张指数测定仪测定抗张指数，纸张耐破度仪测定耐破指数。
表5Fusariumsolani角质酶与化学试剂联合脱墨对白度的影响
共同脱墨白度 单一酶法白度 白度提高
酶量(20u/g绝干浆) 48.13 42.45 5.68
酶量(10u/g绝干浆) 43.97 40.99 2.98
表6Fusariumsolani角质酶与化学试剂联合脱墨对废纸浆物理性能的影响
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1.一种利用角质酶和化学试剂联合脱墨的方法，其特征在于，所述方法包括：碎浆，酶处理，化学处理，浆料洗涤脱水，浮选；所述酶处理使用的是角质酶，用量为10-20U/g绝干浆；所述化学处理是添加0.5-4％的Na2SiO3、0.1-0.8％的MgSO4、0.1-0.8％的EDTA、0.1-4％的H2O2进行处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酶处理的条件是：控制温度为40～60℃，处理时间100-200min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述化学处理的条件是：温度为50-70℃，处理时间30-120min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述角质酶为来源于Thermobifidafusca或Fusariumsolani。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述角质酶是NCBI编号为AAZ54920、AAZ54921或AAA33334的角质酶，或者是与这三种角质酶的氨基酸序列具有至少90％同源性且具有角质酶活性的酶。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碎浆是：取绝干浆浆料100-200g，调节浆浓为10-20％，转数200-250r/min，时间20-30分钟。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浆料洗涤脱水为用去离子水稀释处理后的废纸浆。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括抄片步骤，抄片条件定量为60g/m2。
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