CN107974854B - 一种使用生物酶/氨基酸体系预处理辅助废纸脱墨浆过氧化氢漂白的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种使用生物酶/氨基酸体系预处理辅助废纸脱墨浆过氧化氢漂白的方法，该方法利用漆酶/甘氨酸体系对废纸脱墨浆进行预处理，后续进行H2O2漂白，经洗涤过滤后得到漂白后的废纸浆料。与现有技术相比，本发明操作简单，环境友好，在不造成二次污染的条件下改善纸浆的漂白性能，显著提高纸浆的物理品质，抑制了回用过程中纤维的衰变问题，拓展了废纸浆的应用范围。
Description
技术领域
本发明属于制浆造纸工艺技术及生物技术领域，具体涉及一种使用生物酶/氨基酸体系预处理辅助废纸脱墨浆过氧化氢漂白的方法。
背景技术
废纸是我国重要的纤维原料，根据造纸工业2015年年度报告指出，目前我国造纸原料65％以上来源于废纸。废纸回收利用能够充分的利用资源，具有循环经济优势，同时也是解决造纸行业目前资源短缺、能源紧张、污染严重等现状的有效途径。但是废纸在回用和脱墨过程中物理性能会发生衰变、白度降低，无法满足某些高品质纸种的要求。因此，如何抑制废纸纤维性能衰变以及优化纸浆的漂白工艺在废纸制浆造纸生产过程中显得尤为重要。
在废纸脱墨浆的过氧化氢漂白过程中，废纸浆的白度与过氧化氢用量密切相关，但是当纸浆白度达到一定程度后，增加过氧化氢的用量对白度的提高效果不明显，导致过氧化氢的漂白效率低。另外在现有技术中，过高的过氧化氢用量会导致其与碳水化合物发生反应使纸浆的强度性能降低。因此为提高废纸脱墨浆的利用水平和价值,有必要在漂白过程中对其进行一定处理。本发明采用漆酶/甘氨酸体系对废纸脱墨浆进行预处理，后续进行过氧化氢漂白。漆酶/甘氨酸体系对废纸脱墨浆具有漂白和增强物理性能双重作用，漆酶可以催化降解部分木素，增加纤维的孔隙率，有利于后续过氧化氢药液的浸透；另外甘氨酸可以和漆酶催化木素产生的酚氧自由基通过迈克尔加成反应向浆中引入羧基从而提高纸浆的物理性能。废纸脱墨浆的物理性能和白度将决定最终纸张产品的用途，本发明对于提高废纸脱墨浆的利用水平和价值，拓展其应用范围具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种使用生物酶/氨基酸体系预处理辅助废纸脱墨浆过氧化氢漂白的方法。
本发明通过以下技术方案予以实现。
一种使用生物酶/氨基酸体系预处理辅助废纸脱墨浆过氧化氢漂白的方法，包括以下步骤：
(1)在磷酸二氢钠和磷酸氢二钠缓冲溶液中加入漆酶配置漆酶液；
(2)向待漂废纸脱墨浆中加入漆酶液、甘氨酸和水混合均匀进行预处理反应，反应过程通入氧气，用磷酸氢二钠和柠檬酸缓冲溶液调节反应液的pH为4.5-7.0，反应温度为30-50℃；
(3)将步骤(2)预处理后的废纸脱墨浆进行过氧化氢漂白，经洗涤漂白后得到漂白后的废纸浆料。
优选的，步骤(1)所述磷酸二氢钠和磷酸氢二钠缓冲溶液的pH为4.0-7.0。
优选的，步骤(1)所述漆酶液的浓度为5mg/mL-30mg/mL。
优选的，步骤(2)中，加入漆酶液、甘氨酸和水后废纸脱墨浆的浆浓为1wt％-5wt％。
优选的，所述漆酶用量为待漂废纸脱墨浆的0.1wt％-1wt％。
优选的，步骤(2)所述甘氨酸用量为待漂废纸脱墨浆的0.5wt％-2wt％。
优选的，步骤(2)所述预处理反应过程中，搅拌速度为200rpm-500rpm。
优选的，步骤(2)所述反应的时间为120min-180min。
本发明的反应原理如下:
漆酶/甘氨酸体系对废纸脱墨浆具有漂白和增强物理性能双重作用，可以催化降解部分木素，增加纤维的孔隙率，有利于后续过氧化氢药液的浸透；另外甘氨酸可以和漆酶催化木素产生的酚氧自由基通过迈克尔加成反应向浆中引入羧基从而提高纸浆的物理性能。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明能改善废纸脱墨浆的白度，显著提高其物理品质，增加废纸浆的回用次数，具有广泛的实际应用前景，能够带来巨大的社会效益、经济效益和环境效益。
(2)本发明工艺流程简单，可操作性强，反应条件温和且环境友好，不会对环境造成二次污染。
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。
实施例1
本实施例所使用的废纸脱墨浆的初始白度为54.2％ISO，采用以下步骤进行漂白：
(1)利用磷酸二氢钠(0.3mol/L)/磷酸氢二钠(0.2mol/L)缓冲溶液配置浓度为10mg/mL的漆酶液，调节漆酶液的pH为6.0。向相当于绝干浆10g的废纸脱墨浆中加入1mL漆酶液和0.05g甘氨酸，与水均匀混合，使最终的浆浓为2wt％，加入磷酸氢二钠(0.2mol/L)/柠檬酸(0.1mol/L)缓冲溶液调节pH为5.0。在搅拌(转速400r/min)条件下反应，反应过程通入氧气，反应温度为30℃，反应时间180min。
(2)洗涤经步骤(1)处理后的废纸脱墨浆，之后进行过氧化氢漂白，具体步骤为：废纸脱墨浆浆浓为10wt％，H2O2用量为废纸脱墨浆的2wt％，NaOH用量为废纸脱墨浆的2wt％，Na2SiO3用量为废纸脱墨浆的3wt％，EDTA用量为废纸脱墨浆的0.75wt％，MgSO4用量为废纸脱墨浆的0.05wt％，漂白温度70℃，漂白时间120min。经洗涤后得到漂白后的废纸浆料。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，之后进行抄纸测定纸张的性能。
表1
本实施例所得废纸脱墨漂白浆的测试结果如表1所示:白度为63.78％ISO，与传统的过氧化氢漂白工艺相比，纸浆白度提高1.92％，抗张指数提高了8.15％，耐破指数提高了6.99％，撕裂指数提高了6.61％。可见经过本发明方法处理之后，废纸脱墨浆的白度增强，回用潜能得到提高。
本发明方法与化学方法(NaBH4协同乙基三胺五乙酸(DTPA))预处理废纸脱墨浆的效果对比见表2(增量均以未处理样指标为比较标准)。
表2
表2为本发明方法与一种化学预处理辅助废纸脱墨浆过氧化氢漂白方法的效果对比，结果表明本发明方法与化学预处理方法相比效果略差。
实施例2
本实施例所使用的废纸脱墨浆的初始白度为54.2％ISO，采用以下步骤进行漂白：
(1)利用磷酸二氢钠(0.3mol/L)/磷酸氢二钠(0.2mol/L)缓冲溶液配置浓度为10mg/mL的漆酶液，调节漆酶液的pH为6.0。向相当于绝干浆为10g的废纸脱墨浆中加入1mL漆酶液和0.15g甘氨酸，与水均匀混合，使最终的浆浓为3wt％，加入磷酸氢二钠(0.2mol/L)/柠檬酸(0.1mol/L)缓冲溶液调节pH为4.5。在搅拌(转速400r/min)条件下反应，反应过程通入氧气，反应温度为40℃，反应时间150min。
(2)洗涤经步骤(1)处理后的废纸脱墨浆，之后进行过氧化氢漂白，具体步骤为：废纸脱墨浆浆浓为10wt％，H2O2用量为废纸脱墨浆的2wt％，NaOH用量为废纸脱墨浆的2wt％，Na2SiO3用量为废纸脱墨浆的3wt％，EDTA用量为废纸脱墨浆的0.75wt％，MgSO4用量为废纸脱墨浆的0.05wt％，漂白温度70℃，漂白时间120min。经洗涤后得到漂白后的废纸浆料。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，之后进行抄纸测定纸张的性能。
表3
本实施例所得废纸脱墨漂白浆的测试结果如表3所示:白度为63.82％ISO，与传统的过氧化氢漂白工艺相比，纸浆白度提高1.98％，抗张指数提高了6.01％，耐破指数提高了8.60％，撕裂指数提高了9.68％。可见经过本发明方法处理之后，废纸脱墨浆的白度增强，回用潜能得到提高。
实施例3
本实施例所使用的废纸脱墨浆的初始白度为54.2％ISO，采用以下步骤进行漂白：
(1)利用磷酸二氢钠(0.3mol/L)/磷酸氢二钠(0.2mol/L)缓冲溶液配置浓度为10mg/mL的漆酶液，调节漆酶液的pH为5.0。向相当于绝干浆为10g的废纸脱墨浆中加入1.5mL漆酶液和0.1g甘氨酸，与水均匀混合，使最终的浆浓为2wt％，加入磷酸氢二钠(0.2mol/L)/柠檬酸(0.1mol/L)缓冲溶液调节pH为5.0。在搅拌(转速400r/min)条件下反应，反应过程通入氧气，反应温度为50℃，反应时间180min。
(2)洗涤经步骤(1)处理后的废纸脱墨浆，之后进行过氧化氢漂白，具体步骤为：废纸脱墨浆浆浓为10wt％，H2O2用量为废纸脱墨浆的2wt％，NaOH用量为废纸脱墨浆的2wt％，Na2SiO3用量为废纸脱墨浆的3wt％，EDTA用量为废纸脱墨浆的0.75wt％，MgSO4用量为废纸脱墨浆的0.05wt％，漂白温度70℃，漂白时间120min。
经洗涤后得到漂白后的废纸浆料。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，之后进行抄纸测定纸张的性能。
表4
本实施例所得废纸脱墨漂白浆的测试结果如表4所示:白度为63.98％ISO，与传统的过氧化氢漂白工艺相比，纸浆白度提高2.24％，抗张指数提高了6.31％，耐破指数提高了6.45％，撕裂指数提高了7.99％。可见经过本发明方法处理之后，废纸脱墨浆的白度增强，回用潜能得到提高。
实施例4
本实施例所使用的废纸脱墨浆的初始白度为54.2％ISO，采用以下步骤进行漂白：
(1)利用磷酸二氢钠(0.3mol/L)/磷酸氢二钠(0.2mol/L)缓冲溶液配置浓度为10mg/mL的漆酶液，调节漆酶液的pH为5.0。向相当于绝干浆为10g的废纸脱墨浆中加入10mL漆酶液和0.2g甘氨酸，与水均匀混合，使最终的浆浓为2wt％，加入磷酸氢二钠(0.2mol/L)/柠檬酸(0.1mol/L)缓冲溶液调节pH为5.0。在搅拌(转速400r/min)条件下反应，反应过程通入氧气，反应温度为40℃，反应时间180min。
(2)洗涤经步骤(1)处理后的废纸脱墨浆，之后进行过氧化氢漂白，具体步骤为：废纸脱墨浆浆浓为10wt％，H2O2用量为废纸脱墨浆的2wt％，NaOH用量为废纸脱墨浆的2wt％，Na2SiO3用量为废纸脱墨浆的3wt％，EDTA用量为废纸脱墨浆的0.75wt％，MgSO4用量为废纸脱墨浆的0.05wt％，漂白温度70℃，漂白时间120min。
经洗涤后得到漂白后的废纸浆料。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，之后进行抄纸测定纸张的性能。
表5
本实施例所得废纸脱墨漂白浆的测试结果如表5所示:白度为63.84％ISO，与传统的过氧化氢漂白工艺相比，纸浆白度提高2.49％，抗张指数提高了7.03％，耐破指数提高了11.83％，撕裂指数提高了7.99％。可见经过本发明方法处理之后，废纸脱墨浆的白度增强，回用潜能得到提高。
成本分析
表6为采用本发明方法处理一吨废纸脱墨浆的费用分析。
表6
表6为采用化学方法(NaBH4协同乙基三胺五乙酸(DTPA))处理一吨废纸脱墨浆的费用分析。
表6
从表5和表6可以看出，采用本发明方法处理每吨废纸浆的成本要远低于传统的化学预处理方法。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种使用生物酶/氨基酸体系预处理辅助废纸脱墨浆过氧化氢漂白的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在磷酸二氢钠和磷酸氢二钠缓冲溶液中加入漆酶配置漆酶液；
（2）向待漂废纸脱墨浆中加入漆酶液、甘氨酸和水混合均匀进行预处理反应，反应过程通入氧气，用磷酸氢二钠和柠檬酸缓冲溶液调节反应液的pH为4.5-7.0，反应温度为30-50℃；
（3）将步骤（2）预处理后的废纸脱墨浆进行过氧化氢漂白，经洗涤漂白后得到漂白后的废纸浆料。
2.根据权利要求1所述的一种使用生物酶/氨基酸体系预处理辅助废纸脱墨浆过氧化氢漂白的方法，其特征在于，步骤（1）所述磷酸二氢钠和磷酸氢二钠缓冲溶液的pH为4.0-7.0。
3.根据权利要求1所述的一种使用生物酶/氨基酸体系预处理辅助废纸脱墨浆过氧化氢漂白的方法，其特征在于，步骤（1）所述漆酶液的浓度为5mg/mL-30mg/mL。
4.根据权利要求1所述的一种使用生物酶/氨基酸体系预处理辅助废纸脱墨浆过氧化氢漂白的方法，其特征在于，步骤（2）中，加入漆酶液、甘氨酸和水后废纸脱墨浆的浆浓为1wt%-5wt%。
5. 根据权利要求1所述的一种使用生物酶/氨基酸体系预处理辅助废纸脱墨浆过氧化氢漂白的方法，其特征在于，所述漆酶用量为待漂废纸脱墨浆的0.1 wt%-1 wt%。
6. 根据权利要求1所述的一种使用生物酶/氨基酸体系预处理辅助废纸脱墨浆过氧化氢漂白的方法，其特征在于，步骤（2）所述甘氨酸用量为待漂废纸脱墨浆的0.5 wt%-2 wt%。
7.根据权利要求1所述的一种使用生物酶/氨基酸体系预处理辅助废纸脱墨浆过氧化氢漂白的方法，其特征在于，步骤（2）所述预处理反应过程中，搅拌速度为200rpm-500rpm。
8.根据权利要求1所述的一种使用生物酶/氨基酸体系预处理辅助废纸脱墨浆过氧化氢漂白的方法，其特征在于，步骤（2）所述反应的时间为120min-180min。
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| 漆酶对不同漂段纸浆催化氧化木素的效果研究;刘建祥等;《中国造纸》;20160815;第35卷(第8期);第25页-29页 * |
| 生物酶法漂白对二次纤维性能的影响;万金泉等;《中国造纸学会第十五届学术年会论文集》;20120529;第213-218页 * |
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