CN108978305B - 一种复合酶制剂以及制备纸浆的工艺 - Google Patents

一种复合酶制剂以及制备纸浆的工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合酶制剂，包括漆酶10‑20份、木聚糖酶10‑15份、果胶酶3‑5份、甘露聚糖酶1份。本发明一种复合酶制剂，解决了现有技术中存在的采用微生物处理植物纤维原料的周期太长的问题。本发明还公开了一种采用上述复合酶制剂制备纸浆的工艺，采用生物酶方法结合机械制浆。

Description

一种复合酶制剂以及制备纸浆的工艺
技术领域
本发明属于复合酶制剂技术领域，涉及一种复合酶制剂，以及采用上述复合酶制剂制备纸浆的工艺。
背景技术
造纸工业环境污染问题一直受到人们的普遍关注，传统的制浆生产工艺，主要工艺为碱法制浆、亚铵法制浆、石灰法制浆、亚钠法制浆以及爆破法制浆。这些传统的制浆工艺用大量化学原料来提取木材、秸杆、稻麦草、芦苇、竹子中的木质素造纸浆。在蒸煮过程中产生大量的化学残留物、反应物，生成大量的黑液污染物，提高了出水治理的投入，增加了造纸成本。后续漂白工艺使用大量含氯氧化性漂白剂，产生的漂白废水中含有大量有机氯化物，具有致癌的风险。为了减小造纸工业对环境的污染和人类健康的危害，生物技术在造纸工业得到了越来越广泛的应用，主要体现在生物制浆。
制浆工艺是将植物纤维原料中纤维素和木质素的紧密结合中分离出来的工艺过程，化学制浆是通过加入强酸和强碱蒸煮分离去除木质素，生物制浆是利用具有木质素降解能力的微生物或酶选择性地分解植物纤维原料中的木质素，使纤维素分离。由于利用微生物处理原料的周期太长，难以满足大规模生产的要求，因此研究倾向于生物酶制浆并结合传统制浆工艺，目前主要有结合物理方法的生物-机械制浆和结合化学方法的生物-化学制浆。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合酶制剂，解决了现有技术中存在的采用微生物处理植物纤维原料的周期太长的问题。
本发明的另一目的是提供一种采用上述复合酶制剂制备纸浆的工艺。
本发明所采用的技术方案是，一种复合酶制剂，包括漆酶10-20份、木聚糖酶10-15份、果胶酶3-5份、甘露聚糖酶1份。
本发明的技术特征还在于，
该复合酶制剂的物理形态是固体或者是溶液。
若该复合酶制剂的物理形态是固体，则漆酶、木聚糖酶、果胶酶、甘露聚糖酶均为酶粉；
若该复合酶制剂的物理形态是溶液，则漆酶、木聚糖酶、果胶酶、甘露聚糖酶均为对应的酶提取液。
每克该复合酶制剂中，漆酶的酶活力≥8000IU、木聚糖酶的酶活力≥20000IU、果胶酶的酶活力≥4000IU和甘露聚糖酶的酶活力≥2000IU。
本发明的另一种技术方案是，一种采用上述复合酶制剂制备纸浆的工艺，具体按照以下步骤实施：
步骤1，将原料通过设备进行备料，得到适合制浆的丝状物料；
步骤2，将步骤1获得的适合制浆的丝状物料依次进行水洗、脱水后送入保温反应仓，然后给保温反应仓中按照复合酶制剂溶液：丝状物料＝1:4或1:3加入复合酶制剂溶液，然后调整pH为5.5-6.0，保持罐内温度60-65℃，保温反应120-150min，反应结束后进行固液分离，将液体回收至储液罐；
步骤3，给经步骤2固液分离得到的固体物料加入适量水后移入反应釜中，在166℃下反应100-120min，反应结束后将反应釜中的所有物料转移进入喷放锅中减压使纤维均匀分散开来，得到浆料；
步骤4，将步骤3得到的浆料转移进入真空洗浆机洗浆，然后进行滤液，将筛选的渣料作为丝状物料回到步骤2中再次放入保温反应仓中进行反应，将筛选的滤液经磨浆机磨浆后采用筛洗机进行筛洗，然后再采用螺旋挤浆机进行挤浆；
步骤5，若为本色浆，则将经步骤4螺旋挤浆机挤浆的纸浆直接贮浆塔；若为非本色浆，则将经步骤4螺旋挤浆机挤浆的纸浆再经无氯漂白，得到漂白浆，再进行洗浆后存入贮浆塔。
本发明另一种技术方案的特征还在于，
步骤2中储液罐回收的液体再次作为复合酶制剂溶液添加到保温反应仓进行反应。
步骤2中对丝状物料依次采用鼓式水洗机进行水洗、螺旋式脱水机进行脱水后送入保温反应仓。
复合酶制剂溶液的制备过程为：按照漆酶20-10份、木聚糖酶15-10份、果胶酶3-5份、甘露聚糖酶1份分别称取漆酶酶粉、木聚糖酶酶粉、果胶酶酶粉以及甘露聚糖酶酶粉，然后溶于缓冲液中，配置成酶浓度为10-30％的酶液，然后向酶液中加入硫酸镁，制得硫酸镁终浓度为0.5mmol/L的复合酶溶液。
步骤5中无氯漂白的过程为：在经步骤4螺旋挤浆机挤浆的纸浆调成pH为中性，然后加入乙二胺四乙酸去除金属离子，再调pH＝9，在碱性条件下使用过氧化氢漂白纸浆。
本发明的有益效果是：
(1)本申请的复合酶制剂，其中漆酶能够降解转化原料中的木质素为低分子木质素，使木质素易溶出，从而与纤维素和半纤维素分离；木聚糖是木纤维中半纤维素主链上的基本成分之一，木聚糖酶能够水解木聚糖，与甘露聚糖酶等半纤维素酶协同作用，能增强纸浆纤维的多孔性，使被困的可溶性木质素释放，同时也使得漂白剂能更有效地渗透进入到纸浆中，改善纸浆的可漂白性，减少漂白剂的用量；果胶酶可降解原料中的果胶质，使因为胶质而黏结在一起的纤维分散成纤维束或单纤维，从而暴露出更多的纤维素，提高漂白效果，采用本发明的复合酶制剂处理植物纤维原料的周期短，且由此制得的纸浆强度高、可漂性能大大改善，经无氯漂白后白度(ISO)可达60％以上。
(2)本申请采用生物酶方法结合机械制浆，制浆过程能耗较低，不产生传统蒸煮制浆过程的黑液污染物，洗浆过程产生的中水可充分回用，排出的废水少，COD远低于化学机械制浆废水，采用无氯漂白，废水中不含有机氯化物，进一步降低了废水的处理难度。
附图说明
图1是本发明一种采用复合酶制剂制备纸浆的工艺的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种复合酶制剂，包括漆酶10-20份、木聚糖酶10-15份、果胶酶3-5份、甘露聚糖酶1份。
优选地，该复合酶制剂的物理形态是固体或者是溶液。
优选地，若该复合酶制剂的物理形态是固体，则漆酶、木聚糖酶、果胶酶、甘露聚糖酶均为酶粉；
若该复合酶制剂的物理形态是溶液，则漆酶、木聚糖酶、果胶酶、甘露聚糖酶均为对应的酶提取液。
优选地，每克该复合酶制剂中，漆酶的酶活力≥8000IU、木聚糖酶的酶活力≥20000IU、果胶酶的酶活力≥4000IU和甘露聚糖酶的酶活力≥2000IU。
本发明一种采用上述复合酶制剂制备纸浆的工艺，具体按照以下步骤实施：
步骤1，将原料通过设备进行备料，得到适合制浆的丝状物料；
步骤2，将步骤1获得的适合制浆的丝状物料依次进行水洗、脱水后送入保温反应仓，然后给保温反应仓中按照复合酶制剂溶液：丝状物料＝1:4或1:3加入复合酶制剂溶液，然后调整pH为5.5-6.0，保持罐内温度60-65℃，保温反应120-150min，反应结束后进行固液分离，将液体回收至储液罐；
步骤3，给经步骤2固液分离得到的固体物料加入适量水后移入反应釜中，在166℃下反应100-120min，反应结束后将反应釜中的所有物料转移进入喷放锅中减压使纤维均匀分散开来，得到浆料；
步骤4，将步骤3得到的浆料转移进入真空洗浆机洗浆，然后进行滤液，将筛选的渣料作为丝状物料回到步骤2中再次放入保温反应仓中进行反应，将筛选的滤液经磨浆机磨浆后采用筛洗机进行筛洗，然后再采用螺旋挤浆机进行挤浆；
步骤5，若为本色浆，则将经步骤4螺旋挤浆机挤浆的纸浆直接贮浆塔；若为非本色浆，则将经步骤4螺旋挤浆机挤浆的纸浆再经无氯漂白，得到漂白浆，再进行洗浆后存入贮浆塔。
本发明另一种技术方案的特征还在于，
优选地，步骤2中储液罐回收的液体再次作为复合酶制剂溶液添加到保温反应仓进行反应。
优选地，步骤2中对丝状物料依次采用鼓式水洗机进行水洗、螺旋式脱水机进行脱水后送入保温反应仓。
优选地，复合酶制剂溶液的制备过程为：按照漆酶20-10份、木聚糖酶15-10份、果胶酶3-5份、甘露聚糖酶1份分别称取漆酶酶粉、木聚糖酶酶粉、果胶酶酶粉以及甘露聚糖酶酶粉，然后溶于缓冲液中，配置成酶浓度为10-30％的酶液，然后向酶液中加入硫酸镁，制得硫酸镁终浓度为0.5mmol/L的复合酶溶液。
优选地，步骤5中无氯漂白的过程为：在经步骤4螺旋挤浆机挤浆的纸浆调成pH为中性，然后加入乙二胺四乙酸去除金属离子，再调pH＝9，在碱性条件下使用过氧化氢漂白纸浆。
本发明的缓冲液可以是0.1mol/L的乙酸-乙酸钠缓冲溶液(pH 6.0)或0.1mol/L的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液(pH 6.0)或0.1mol/L的磷酸盐缓冲液(pH 6.0)。
本发明在制备纸浆时，采用的原料为能提供植物纤维的原料，可以为木片、竹片、芦苇、芒杆、麦草、稻草、巨菌草等。
本发明的实施例采用杨木片作为原料制备纸浆。
实施例1
步骤1，杨木材料通过设备进行备料，经过去皮、切割、削片、蒸煮的工序，得到适合制浆的丝状物料；
步骤2，物料经鼓式水洗机水洗、螺旋式脱水机脱水后通过传送带移入保温反应仓，加入复合酶制剂溶液按物料比1:4，调整pH为5.5，保持罐内温度60℃，保温反应120min；反应结束后液体回收至储液罐；复合酶溶液是通过工业化酶粉制剂溶于缓冲液配制成的，复合酶制剂溶液的制备过程为：按照漆酶10份、木聚糖酶15份、果胶酶3份、甘露聚糖酶1份分别称取漆酶酶粉、木聚糖酶酶粉、果胶酶酶粉以及甘露聚糖酶酶粉，然后溶于缓冲液中，配置成酶浓度为15％的酶液，然后向酶液中加入硫酸镁，制得硫酸镁终浓度为0.5mmol/L的复合酶溶液；
步骤3，给经步骤2固液分离得到的固体物料加入适量水后移入反应釜中，在166℃下反应100min，应结束后将反应釜中的所有物料转移进入喷放锅中减压使纤维均匀分散开来，得到浆料；
步骤4，将步骤3得到的浆料转移进入真空洗浆机洗浆，然后进行滤液，将筛选的渣料作为丝状物料回到步骤2中再次放入保温反应仓中进行反应，将筛选的滤液经磨浆机磨浆后采用筛洗机进行筛洗，然后再采用螺旋挤浆机进行挤浆；
步骤5，将经步骤4螺旋挤浆机挤浆的纸浆直接贮浆塔。
实施例2
步骤1，杨木材料通过设备进行备料，经过去皮、切割、削片、蒸煮的工序，得到适合制浆的丝状物料；
步骤2，物料经鼓式水洗机水洗、螺旋式脱水机脱水后通过传送带移入保温反应仓，加入复合酶制剂溶液按物料比1:3，调整pH为5.7，保持罐内温度63℃，保温反应135min；反应结束后液体回收至储液罐；复合酶溶液是通过工业化酶粉制剂溶于缓冲液配制成的，复合酶制剂溶液的制备过程为：按照漆酶20份、木聚糖酶10份、果胶酶5份、甘露聚糖酶1份分别称取漆酶酶粉、木聚糖酶酶粉、果胶酶酶粉以及甘露聚糖酶酶粉，然后溶于缓冲液中，配置成酶浓度为10％的酶液，然后向酶液中加入硫酸镁，制得硫酸镁终浓度为0.5mmol/L的复合酶溶液；
步骤3，给经步骤2固液分离得到的固体物料加入适量水后移入反应釜中，在166℃下反应110min，应结束后将反应釜中的所有物料转移进入喷放锅中减压使纤维均匀分散开来，得到浆料；
步骤4，将步骤3得到的浆料转移进入真空洗浆机洗浆，然后进行滤液，将筛选的渣料作为丝状物料回到步骤2中再次放入保温反应仓中进行反应，将筛选的滤液经磨浆机磨浆后采用筛洗机进行筛洗，然后再采用螺旋挤浆机进行挤浆；
步骤5，将经步骤4螺旋挤浆机挤浆的纸浆直接贮浆塔。
实施例3
步骤1，杨木材料通过设备进行备料，经过去皮、切割、削片、蒸煮的工序，得到适合制浆的丝状物料；
步骤2，物料经鼓式水洗机水洗、螺旋式脱水机脱水后通过传送带移入保温反应仓，加入复合酶制剂溶液按物料比1:4，调整pH为6.0，保持罐内温度65℃，保温反应150min；反应结束后液体回收至储液罐；复合酶溶液是通过工业化酶粉制剂溶于缓冲液配制成的，复合酶制剂溶液的制备过程为：按照漆酶15份、木聚糖酶13份、果胶酶4份、甘露聚糖酶1份分别称取漆酶酶粉、木聚糖酶酶粉、果胶酶酶粉以及甘露聚糖酶酶粉，然后溶于缓冲液中，配置成酶浓度为30％的酶液，然后向酶液中加入硫酸镁，制得硫酸镁终浓度为0.5mmol/L的复合酶溶液；
步骤3，给经步骤2固液分离得到的固体物料加入适量水后移入反应釜中，在166℃下反应120min，应结束后将反应釜中的所有物料转移进入喷放锅中减压使纤维均匀分散开来，得到浆料；
步骤4，将步骤3得到的浆料转移进入真空洗浆机洗浆，然后进行滤液，将筛选的渣料作为丝状物料回到步骤2中再次放入保温反应仓中进行反应，将筛选的滤液经磨浆机磨浆后采用筛洗机进行筛洗，然后再采用螺旋挤浆机进行挤浆；
步骤5，将经步骤4螺旋挤浆机挤浆的纸浆直接贮浆塔。

Claims (5)

1.一种复合酶制剂制备纸浆的工艺，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，将原料通过设备进行备料，得到适合制浆的丝状物料；
步骤2，将步骤1获得的适合制浆的丝状物料依次进行水洗、脱水后送入保温反应仓，然后给保温反应仓中按照复合酶制剂溶液：丝状物料=1:4或1:3加入复合酶制剂溶液，然后调整pH为5.5-6.0，保持罐内温度60-65℃，保温反应120-150 min，反应结束后进行固液分离，将液体回收至储液罐；所述复合酶制剂溶液的制备过程为：按照漆酶20-10份、木聚糖酶15-10份、果胶酶3-5份、甘露聚糖酶1份分别称取漆酶酶粉、木聚糖酶酶粉、果胶酶酶粉以及甘露聚糖酶酶粉，然后溶于缓冲液中，配置成酶浓度为10-30%的酶液，然后向酶液中加入硫酸镁，制得硫酸镁终浓度为0.5 mmol/L的复合酶溶液；
步骤3，给经步骤2固液分离得到的固体物料加入适量水后移入反应釜中，在166℃下反应100-120 min，反应结束后将反应釜中的所有物料转移进入喷放锅中减压使纤维均匀分散开来，得到浆料；
步骤4，将步骤3得到的浆料转移进入真空洗浆机洗浆，然后进行滤液，将筛选的渣料作为丝状物料回到步骤2中再次放入保温反应仓中进行反应，将筛选的滤液经磨浆机磨浆后采用筛洗机进行筛洗，然后再采用螺旋挤浆机进行挤浆；
步骤5，若为本色浆，则将经步骤4螺旋挤浆机挤浆的纸浆直接贮浆塔；若为非本色浆，则将经步骤4螺旋挤浆机挤浆的纸浆再经无氯漂白，得到漂白浆，再进行洗浆后存入贮浆塔。
2.根据权利要求1所述的一种复合酶制剂制备纸浆的工艺，其特征在于，步骤2中储液罐回收的液体再次作为复合酶制剂溶液添加到保温反应仓进行反应。
3.根据权利要求1所述的一种复合酶制剂制备纸浆的工艺，其特征在于，所述步骤2中对丝状物料依次采用鼓式水洗机进行水洗、螺旋式脱水机进行脱水后送入保温反应仓。
4.根据权利要求1所述的一种复合酶制剂制备纸浆的工艺，其特征在于，所述步骤5中无氯漂白的过程为：在经步骤4螺旋挤浆机挤浆的纸浆调成pH为中性，然后加入乙二胺四乙酸去除金属离子，再调pH=9，在碱性条件下使用过氧化氢漂白纸浆。
5.根据权利要求1所述的一种复合酶制剂制备纸浆的工艺，其特征在于，每克复合酶制剂中，漆酶的酶活力≥8000 IU、木聚糖酶的酶活力≥20000 IU、果胶酶的酶活力≥4000 IU和甘露聚糖酶的酶活力≥2000 IU。
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