CN109594419A - 一种高定量生活用纸的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固化酶及其制备方法和其在纸浆生产中的应用，使用负载了有机聚合物的蜂窝陶瓷载体负载游离酶，制备得到固化酶，本发明的固化酶具有以下优点：1.本发明的固化酶经蜂窝陶瓷载体负载，负载量高，催化活性高，单位固化酶催化降解量大，2.本发明的固化酶载体可多次重复利用，蜂窝陶瓷易于回收，降低了制备成本，同时因载体具有块状结构，不会对白水造成二次污染。

Description

一种高定量生活用纸的生产方法

技术领域

本发明涉及一种高强度生活用纸的纸浆生产方法，以及一种造纸白水循环方法，和一种循环白水的固化酶及其制备方法。

背景技术

经济的发展促进了人们生活水平的提升以及人日数量的増长，据相关调查研究数据显示，我国人日在中短期内仍将呈现逐年上升的趋势，至2030年达到高峰。人口增长和人均消费水平的提升将极大促进对生活用纸的需求量，目前我国人均生活用纸的消费量为4.7kg，根据相关部门的测算，到2020年，我国人均生活用纸消费量将会增加到9.6kg。由此可以看出，我国生活用纸的市场潜力巨大对于生活用纸制备工艺的研究和改善，具有较高的经济效益。

生活用纸已成为人们日常生活必需的快消品，近些年随着生活水平的提高，人们对生活用纸的需求量逐渐增大，对其质量要求也越来越高。评价生活用纸质量的指标有抗张强度、吸水性、柔软度等，这些指标主要受浆料种类及配比、打浆方式、助剂的种类及用量、成纸的定量等因素的影响。

如今的造纸工业关注重点之一就是能否进行清洁生产和能否进行白水的封闭循环回用。造纸车间纸张抄造的过程是白水主要的来源，同时也是抄纸过程中在纸机网部出来的大量白色水。因为含有大量细、短纤维细胞和加入纸浆中的填料等其他物质，其色泽呈现白色，从而得名白水。造纸白水中含有大量细小的纤维，填料，部分溶解的半纤维素和低分子量的木素，纤维素，以及添加的防腐剂、湿强剂等等，可生化性比较低。

白水在封闭循环过程中内部会逐步积累许多的胶体溶解物质(简称DCS)，通常情况下，胶体物质以溶胶的形式分散在白水的体系中，很难通过常规的方法去除，由于DCS带有负电荷，因此也被称之为阴离子垃圾，一旦胶体物质与系统中的无机电解质(尤其是镁离子和钙等离子)相互作用或者外界操作的条件发生了变化，这些胶体物质将失去稳定，发生析出聚集，在纸机设备内表面结垢或者黏附在压榨的毛毯和成型网的表面，这些问题都会严重的影响纸机的运行和成纸的性能。

造纸工业是用水量大的工业。对白水进行一定程度的处理并回用，这样不仅会大大减少新鲜水的用量，而且还会对其社会环境和经济效益带来一定优势。因此，为了进一步推广白水回用的技术，可考虑以下的措施。加大对白水回用的优势的宣传。白水的产生量非常大，若我们得当的处理，合理的回用，它一定能够成为造纸行业的一个重大突破。这样白水不仅不会成为造纸厂的负担，并且还能够带来经济效益。白水的回用不仅可减少新鲜淡水的使用，还可减少工业废水的排放，前者可降低新鲜淡水的购买费用，而且后者可降低废水的排污费用。

目前白水循环回用的途径包括封闭循环、间接回用、直接回用等，其中封闭循环指在制浆造纸工业过程中，白水封闭循环的实质是将工艺用水及其他资源(白水中的细小纤维、无机填料等)得到回收利用的过程。在环境保护与技术经济两个方面都有比较好效益。目前如果想要做到白水完全的进行封闭循环，实现造纸废水零排放的成果，其难度很大。

间接回用中，先通过回收设备将白水中的纤维回收，而后可以根据白水本身的具体情况和不同造纸工段的用水情况来进行分级选择，也就是依据不同工段对水质的不同的要求和具体情况将白水送到不同的工段。同时，处理后水质较好的白水可用作稀释用水或者用于对水质要求较高的生产工段，也可以用送往制浆车间。

直接回用是目前在造纸白水回用方法中用的最多效率最高的一种回用办法。直接回用的方法不仅可以节省纸机外部所需要的大量管路，浆池，浆泵等，还可以使系统的安排更加紧凑。

分质-串级-循环为，在造纸企业中，由于某些产品工艺生产过程比较复杂，不同的工艺设备对水质的要求也各有不相同，因此白水循环回用后的水质完全可以按供水的要求来划分等级。同时由于实现造纸白水封闭循环，实现零排放的基建和运转费用都比较高，因此人们提出了“按质用水、清浊分流、分片循环、一水多用”的一种方法，即“分质-串级-循环”的用水方法。

白水循环回用的关键是对于白水处理回用的方法。目前，国内外主要的处理造纸白水的方法有气浮法、超声震荡法、真空过滤法、絮凝沉淀法、膜分离法、生化法等。生化法是处理造纸白水重要方法之一，它是利用微生物氧化分解的能力，将白水内的有机物转化为无机物。人为的创造出适合微生物生存和繁殖的环境，使微生物大量的繁殖，从而提高有机物分解效率的一种处理方法。生化法可以根据所使用微生物的种类分为厌氧法、好氧法及生物酶法。在造纸漂白的过程中，氯漂段的废水中主要的有机溶解物是低分子量的氯代酚，用传统的机械法去除此类物质，效果很差。

目前在造纸工业中应用的酶包括果胶酶、木聚糖酶、脂肪酶等，果胶酶是将果胶分解的多酶复合物，一般来说包括原果果胶酶、胶甲酯水解酶、果胶酸酶，通过它们联合的作用可以得到分解完全的果胶质的分解产物。木聚糖酶就是指能够专一的降解半纤维素木聚糖、木糖和低聚木糖的一组生物酶的总称。木聚糖酶是一类木聚糖降解酶系，属于水解酶类，包括了内切β-木聚糖酶、β-木二糖苷酶、外切β-木聚糖酶三种。木聚糖是木纤维和非木纤维的最主要的组成成分。纸浆在蒸煮的过程当中，木聚糖能够部分溶解、变性并且在纤维的表面重新堆积。而如果在此过程中加入了木聚糖酶，大部分沉积下来的木聚糖就可以被清除掉，这样子不仅可以增大了纸浆基质孔隙，使被困的可溶性的木质素释放出来，同时还可使化学漂白剂能够更迅速更有效地渗透到纸浆内部去。综上所述，木聚糖酶可以提高纸浆的漂白率的同时，还能够大大减少化学漂白剂的用量，传统的漂白和制浆一般情况都在碱性的条件下进行，因此碱性木聚糖酶和碱稳定性木聚糖酶的研究受到广泛的关注。木聚糖酶可作为生物漂白剂，替代了传统化学漂白剂，从而大大的降低了氯的用量，有效降低了在造纸废水中大量含氯的物质，减轻造纸行业对环境的污染。

酶本身能够溶于水，只是要用化学或者物理的方法能够使水不溶的大分子载体与游离酶结合或者将游离酶包埋在里面，使得酶在水里可以溶解半透膜的微囊体从而降低流动性。酶固定化后增加其稳定性，更易于控制，从反应系统中更易于分离，能够多次反复使用。便于运输和贮存，也有利于自动化的生产，但是缺点就是使用的范围减小，活性可能降低，技术还有很大的发展空间。固定化酶是近20多年发展起来的酶的应用技术，在医药医疗、工业生产和化学分析等方面都有很好的发展前景。酶的固定化技术是将酶固定或束缚在固体材料的特定区域内，但酶特有的催化基团仍可以进行催化反应，并可以将酶回收和重复利用的一种技术。和游离的酶相比，固定酶在保持酶催化反应特性和高效专一的同时，还解决了游离酶很多的不足之处。固化酶表现出容易分离回收、操作连续、能够重复多次的使用、贮存稳定性高、可控、工艺简单等一系列的优点。

固化酶的制备方法主要分为物理法和化学法。其中物理的方法可以分为包埋法、吸附法等方法。化学法可分为交联法、结合法等方法。结合法还可以分成为共价结合法和离子结合法这两种方法。物理法中的吸附法，利用各种吸附剂将游离酶或者含酶的菌体吸附在载体的表面，从而使酶固定化的一种方法，通常有离子吸附法和物理吸附法。常用的吸附剂有多孔玻璃、氧化铝、活性炭、多孔陶瓷、硅铝土等。采用吸附法固定游离酶，这种固化酶的使用条件非常温和、操作简便，并不会引起酶的失活或者变性，而且载体非常廉价易得，还可反复的使用。

包埋法是游离酶被半透性的聚合物膜包裹或是存在于凝胶性的细格子中，从而可以形成微胶囊型、格子型这两种形态。使用包埋法来制备固化酶时，除了包埋水溶性的游离酶外还被常用于包埋细胞，制做成为固定化细胞。例如，可以用明胶和戊二醛包埋有青霉素酰化酶活力的细胞，之后能够连续水解帤基青霉素，在工业上用这种固化细胞生产6-氨基青霉烷酸等。

虽然固化酶由上述诸多优点，但对其的研究应用尚处于发展阶段，还存在固化酶反应活性降低、固化载体不易回收等缺点。

发明内容

本发明为克服上述现有技术存在的至少一种缺点，提供一种固化酶及其制备方法以及其在生产高定量生活用纸的纸浆中的应用。本发明的固化酶具有稳定性高、酶解效率高的特点，制造工艺简单、操作方便，用于造纸白水的回用过程，可以节约生产资源、降低成本。本发明采用的技术方案如下文所示。

本发明首先涉及一种固化酶，所述固化酶具有多层结构，以蜂窝陶瓷为基础，负载有氧化铝涂层，在氧化铝涂层之外再负载有机聚合物层，外层则通过吸附或包埋作用，负载活性酶。所述酶为处理造纸白水常用的酶，可以列举果胶酶、木聚糖酶、脂肪酶、漆酶等，负载的活性酶可以是单独一种，也可以选择两种或两种以上的组合使用。

本发明选用的蜂窝陶瓷可以是市售的，可以具有不同的规格，如直径10cm、高10cm或直径10cm、高20cm，也可以具有其他形状和尺寸的类似载体。蜂窝陶瓷中的毛细孔径无明显限制，可以是微细孔或细孔，垂直孔或斜向孔均可，使用时需利于白水的上下流通，优选使用垂直孔、细孔径的蜂窝陶瓷。

所述氧化铝涂层通过溶胶凝胶法负载到蜂窝陶瓷内外表面，然后经干燥、煅烧成型。

所述有机聚合物优选具有成膜特性的聚合物组分，可以例举壳聚糖粉末、聚乙烯醇、海藻酸钠或聚丙烯酰胺等，也可以选择上述两种或两种以上的联合使用。

所述固化酶通过以下方法制备得到。

选用蜂窝陶瓷为载体，经过氧化铝涂层以后，负载包埋剂和酶，其中氧化铝涂层材料含量15-20wt％(占陶瓷载体的质量百分比)，包埋剂的负载量为1-10wt％(占氧化铝涂层的质量百分比)。

所示蜂窝陶瓷经过预处理，所述预处理方法包括：取市售的蜂窝陶瓷，使用砂纸打磨外表面，使蜂窝陶瓷的光滑表面变粗糙，将打磨后的蜂窝陶瓷浸渍于稀酸溶液中，以除去陶瓷表面的有机杂质，取出后洗涤备用。

与现有技术中用到的粉末状、颗粒状载体相比，蜂窝陶瓷具有明显的有点。首先，其具有粗糙的外表面和内表面，具有更大的比表面积，易于负载其他成分，可以显著提高负载量，进而可以获得较高的固化酶浓度。其次，蜂窝陶瓷具有固体形态，相比于粉末状和颗粒状载体，更易回收。经长期使用酶活性下降后，蜂窝陶瓷载体经酸洗、水洗、煅烧后，即可作为载体再次负载酶或其他活性物质。因此，相比于传统的壳聚糖、无机粉末等载体，选用蜂窝陶瓷在不降低负载量和酶活性的前提下，极大地降低了载体的制备难度和使用量，节约了成本，具有良好的应用前景。

为进一步提高蜂窝陶瓷的负载能力，可以在其表面负载活性涂层，如二氧化钛、氧化铝涂层，较佳为氧化铝涂层，一般通过溶胶凝胶法在蜂窝陶瓷表面制备涂层。具体的，包括以下步骤：取拟薄水铝石，加酸性水搅拌，必要时添加尿素，制成溶胶，将蜂窝陶瓷浸渍到拟薄水铝石溶胶中，多次提拉后倒置蜂窝陶瓷，重复前述浸渍提拉步骤，后吹掉蜂窝陶瓷孔内多余溶胶，室温晾干后，置于烘箱中干燥，然后于马弗炉中煅烧，得到一次涂覆的蜂窝陶瓷载体，重复上述浸渍、干燥、煅烧操作三次，得到负载了氧化铝涂层的蜂窝陶瓷。

上述制备方法中，砂纸对蜂窝陶瓷进行打磨大大地提高了对氧化铝的负载能力，以及负载的牢固程度，使得本发明得到的固化酶具有高的酶活性和长的使用时间，提高了实际应用的潜力。清洗蜂窝陶瓷选用稀酸溶液，酸的种类不限，只要能够与陶瓷表面位点以及附着物产生反应即可，优选强酸的稀溶液，如稀硫酸、稀盐酸、稀硝酸等，更优选稀酸为稀盐酸或稀硝酸溶液。稀酸溶液的浓度为0.1-0.5M，优选0.1-0.3M，洗涤液为去离子水。制备拟薄水铝石溶胶时，稀酸溶液的选取条件同上，在磁力搅拌器搅拌下添加拟薄水铝石，同时加入尿素作为分散剂，添加完成后继续搅拌15-25h，制得均一溶胶。

蜂窝陶瓷在拟薄水铝石溶胶中完成浸渍后，分三段对载体进行干燥煅烧。首先，将蜂窝陶瓷载体于室温干燥，然后于烘箱中干燥2-5h，干燥优选在100-150℃条件下进行，再后于马弗炉中煅烧，煅烧温度为400-500℃，煅烧3h，得到一次负载的蜂窝陶瓷载体。

上述得到的蜂窝陶瓷载体，可以直接用于游离酶的固化，或者可以对蜂窝陶瓷载体进行有机聚合物负载后，再用于游离酶的固化。所述有机聚合物包括壳聚糖、海藻酸钠、聚丙烯酰胺和聚乙烯醇等。

选用壳聚糖时，首先将壳聚糖粉末溶于稀醋酸溶液中，溶解后将蜂窝陶瓷载体置于所述溶液中浸渍一段时间，使壳聚糖浸渍于蜂窝陶瓷载体上，然后将负载了壳聚糖的蜂窝陶瓷载体浸渍乙醇和强碱的混合溶液中，提拉若干次后用清水洗净。然后将负载了壳聚糖的蜂窝陶瓷载体置于戊二醛溶液中浸渍处理，得到负载了有机聚合物载体的蜂窝陶瓷。

较佳的制备条件是，将壳聚糖粉末溶于体积比为10-15％的醋酸溶液中，溶解10小时。所述乙醇和强碱的混合溶液是将无水乙醇添加到低浓度强碱溶液中得到，所述强碱无特别限制，可以选择氢氧化钠、氢氧化钾等。碱溶液的浓度可以选择在3-5mol/L。所述戊二醛溶液优选具有2-3％的浓度。

在本发明中可以单独使用海藻酸钠、聚丙烯酰胺和聚乙烯醇，也可以将其两者或三者联合使用。使用条件与壳聚糖相似。先是将海藻酸钠和聚丙烯酰胺溶解于稀酸中，然后将蜂窝陶瓷载体浸渍于上述稀酸溶液，浸渍结束后清洗干净，再置于乙醇和强碱的混合溶液中成型，成型后再经过清洗步骤。然后将上述材料置于戊二醛溶液中浸渍处理，得到负载了有机聚合物载体的蜂窝陶瓷。

游离酶的固化

本发明的游离酶选用造纸工业中常用的酶，如脂肪酶、果胶酶、木聚糖酶、漆酶等，也可以选择联合使用两种或两种以上的各酶。以木聚糖酶为例，将木聚糖酶粉体在低温条件下，用弱酸性溶液充分分散，得到粗酶。所述弱酸溶液优选pH值介于5-6的柠檬酸缓冲液。配置低浓度的戊二醛溶液，戊二醛溶液的浓度为0.01-5.0％，将负载了有机聚合物的蜂窝陶瓷载体置于戊二醛溶液中浸渍，浸渍1-5小时，加入一定量的粗酶溶液，调整溶液pH值至弱碱性，优选pH为8-9，混合4-5小时。结束后取出固体产品，用清水洗涤3次，以除去粘附酶，得到固化酶。

本发明还涉及一种高定量生活用纸的制造方法，包括以下步骤：

1.将浆板置于中浓水力碎浆机碎解，得到浆液一，将损纸边置于低浓水力碎浆机碎解，得到浆液二，混合浆液一和浆液二得到混合浆液，输送到1#浆池，经高浓除渣器除渣后先后经过两台盘磨机打浆，浆液进入2#浆池。

2.向2#浆池的浆液中添加湿强剂、分散剂和增白剂，混匀，输送至3#浆池静置，后进入高位箱，调整浆液浓度后进入冲浆泵，冲浆后送至网前箱。

3.浆液于网前箱挂浆成型，进入真空网笼除水，后用压榨辊挂浆至毛毯，经托辊运送至烘缸表面烘干，再经起皱刮刀、弧形辊后进入卷纸缸卷纸，过磅即得生活用纸。

所述步骤2.中，冲浆后过压力筛，浆液进入网前箱，杂质再过尾筛，除去沉渣，液体进入网下白水池。

所述步骤3.中，网前箱挂浆成型后，余下部分浆料回流至高位箱。

本发明的制造方法制得的纸张属于高定量生活用纸，纸张定量为20g/㎡，同时具有较佳的柔软度和吸水性，较低的掉毛量。

所述打浆步骤中，浆板为木浆板，优选本色针叶木浆板。

本发明还涉及造纸白水的回用，将白水池中的浓白水经一次过滤后，通过泵转移至循环塔中，浓白水经上方入口进入塔内。塔内由上至下设置有固化酶层、过滤层，循环塔下部设有清水出口。所述清水可直接进入2#浆池循环使用。所述固化酶层设置有震动装置，可以在需要时启用以增加固化酶与白水的接触面积和接触时间。

在实际应用中，可以通过不同的技术手段操控白水的回用过程。其一为控制白水流速，使白水在循环塔内驻留10-30min，在清水出口处时，已可达白水回收标准。其二为将浓白水注满循环塔，关闭入水口和清水出口，开启塔内震动床，使白水和固化酶充分接触，10-30min完成酶解过程后，一次性排空循环塔。优选使用第一种方法进行白水回用。

本发明的固化酶具有以下优点：1.本发明的固化酶经蜂窝陶瓷载体负载，负载量高，催化活性高，单位固化酶催化降解量大。2.本发明的固化酶载体可多次重复利用，蜂窝陶瓷易于回收，降低了制备成本，同时因载体具有块状结构，不会对白水造成二次污染。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

本发明的高定量生活用纸经过以下流程得到。

1.将浆板置于中浓水力碎浆机碎解，得到浆液一，将损纸边置于低浓水力碎浆机碎解，得到浆液二，混合浆液一和浆液二得到混合浆液，输送到1#浆池，经高浓除渣器除渣后先后经过两台盘磨机打浆，浆液进入2#浆池。

2.向2#浆池的浆液中添加湿强剂、分散剂和增白剂，混匀，输送至3#浆池静置，后进入高位箱，调整浆液浓度后进入冲浆泵，冲浆后送至网前箱。

3.浆液于网前箱挂浆成型，进入真空网笼除水，后用压榨辊挂浆至毛毯，经托辊运送至烘缸表面烘干，再经起皱刮刀、弧形辊后进入卷纸缸卷纸，过磅即得生活用纸。

所述步骤2.中，冲浆后过压力筛，浆液进入网前箱，杂质再过尾筛，除去沉渣，液体进入网下白水池。

所述步骤3.中，网前箱挂浆成型后，余下部分浆料回流至高位箱。

白水池白水经过循环塔处理后，进入2#浆池。白水处理过程如下。

将白水池中的浓白水经一次过滤后通过泵转移至循环塔中，浓白水经上方入口进入塔内。塔内由上至下设置有固化酶层、过滤层，循环塔下部设有清水出口。所述清水可直接进入2#浆池循环使用。

白水进入循环塔后，控制白水流速，使白水经过5-30min经清水出口流出。取清水出口的白水，测试其CD(阳离子需求量)的变化。CD经标准阳离子滴定液滴定测定，标准阳离子滴定液的电荷密度为10⁶μeq/L，稀释1000倍后电荷密度为10³μeq/L。将白水水样稀释10倍后，取10mL的水样测定其CD。

CD＝V×C×10³

式中：V代表试样消耗的标准阳离子液体积μL；

C代表稀释后标准阳离子滴定液的电荷密度(10³μeq/L)；

10³为mL和L的当量换算。

本发明的固化酶通过以下的方法制备得到。

取市售的蜂窝陶瓷，使用砂纸打磨外表面，将打磨后的蜂窝陶瓷浸渍于稀酸溶液中，取出后洗涤备用。

取拟薄水铝石，加酸性水搅拌，必要时添加尿素，制成溶胶，将蜂窝陶瓷浸渍到拟薄水铝石溶胶中，多次提拉后倒置蜂窝陶瓷，重复前述浸渍提拉步骤，后吹掉蜂窝陶瓷孔内多余溶胶，室温晾干后，置于烘箱中干燥，然后于马弗炉中煅烧，得到一次涂覆的蜂窝陶瓷载体，重复上述浸渍、干燥、煅烧操作三次，得到负载了氧化铝涂层的蜂窝陶瓷。

蜂窝陶瓷在拟薄水铝石溶胶中完成浸渍后，分三段对载体进行干燥煅烧。首先，将蜂窝陶瓷载体于室温干燥，然后于烘箱中干燥2-5h，干燥优选在100-150℃条件下进行，再后于马弗炉中煅烧，煅烧温度为400-500℃，煅烧3h，得到一次负载的蜂窝陶瓷载体。

上述得到的蜂窝陶瓷载体，可以直接用于游离酶的固化，或者可以对蜂窝陶瓷载体进行有机聚合物负载后，再用于游离酶的固化。所述有机聚合物包括壳聚糖、海藻酸钠、聚丙烯酰胺和聚乙烯醇等。

选用壳聚糖时，首先将壳聚糖粉末溶于稀醋酸溶液中，溶解后将蜂窝陶瓷载体置于所述溶液中浸渍一段时间，使壳聚糖浸渍于蜂窝陶瓷载体上，然后将负载了壳聚糖的蜂窝陶瓷载体浸渍乙醇和强碱的混合溶液中，提拉若干次后用清水洗净。然后将负载了壳聚糖的蜂窝陶瓷载体置于戊二醛溶液中浸渍处理，得到负载了有机聚合物载体的蜂窝陶瓷。

较佳的制备条件是，将壳聚糖粉末溶于体积比为10-15％的醋酸溶液中，溶解10小时。所述乙醇和强碱的混合溶液是将无水乙醇添加到低浓度强碱溶液中得到，所述强碱无特别限制，可以选择氢氧化钠、氢氧化钾等。碱溶液的浓度可以选择在3-5mol/L。所述戊二醛溶液优选具有2-3％的浓度。

在本发明中可以单独使用海藻酸钠、聚丙烯酰胺和聚乙烯醇替代上述的壳聚糖粉末，也可以将其两者或三者联合使用。使用条件与壳聚糖相似。先是将海藻酸钠和聚丙烯酰胺溶解于稀酸中，然后将蜂窝陶瓷载体浸渍于上述稀酸溶液，浸渍结束后清洗干净，再置于乙醇和强碱的混合溶液中成型，成型后再经过清洗步骤。然后将上述材料置于戊二醛溶液中浸渍处理，得到负载了有机聚合物载体的蜂窝陶瓷。

本发明选用的蜂窝陶瓷可以是市售的，可以具有不同的规格，如直径10cm、高10cm或直径10cm、高20cm，也可以具有其他形状和尺寸的类似载体。蜂窝陶瓷中的毛细孔径无明显限制，可以是微细孔或细孔，垂直孔或斜向孔均可，使用时需利于白水的上下流通，优选使用垂直孔、细孔径的蜂窝陶瓷。

本发明的游离酶选用造纸工业中常用的酶，如脂肪酶、果胶酶、木聚糖酶、漆酶等，也可以选择联合使用两种或两种以上的各酶。以木聚糖酶为例，将木聚糖酶粉体在低温条件下，用弱酸性溶液充分分散，得到粗酶。所述弱酸溶液优选pH值介于5-6的柠檬酸缓冲液。配置低浓度的戊二醛溶液，戊二醛溶液的浓度为0.01-5.0％，将负载了有机聚合物的蜂窝陶瓷载体置于戊二醛溶液中浸渍，浸渍1-5小时，加入一定量的粗酶溶液，调整溶液pH值至弱碱性，优选pH为8-9，混合4-5小时。结束后取出固体产品，用清水洗涤3次，以除去粘附酶，得到固化酶。

实施例1

蜂窝陶瓷载体的制备

使用砂纸打磨蜂窝陶瓷外表面，将打磨后的蜂窝陶瓷浸渍于浓度为0.3M的稀酸溶液中，取出后用去离子水洗涤；取浓度为0.3M的稀硝酸水溶液，在磁力搅拌条件下加入拟薄水铝石和尿素，搅拌24h，制成均一溶胶；将蜂窝陶瓷浸渍到拟薄水铝石溶胶中，多次提拉后倒置蜂窝陶瓷，重复前述浸渍提拉步骤，后吹掉蜂窝陶瓷孔内多余溶胶，室温晾干后，将蜂窝陶瓷载体于室温干燥，然后于烘箱中在120℃条件下干燥3h，然后于马弗炉中于450℃条件下煅烧3h，得到一次负载的蜂窝陶瓷，重复上述过程三次即得到负载了氧化铝的蜂窝陶瓷载体A。

实施例2

负载了海藻酸钠的载体的制备

将8.0g海藻酸钠溶于500mL体积比为10.0％的醋酸溶液。再将实施例1制备得到的载体A置于所述醋酸溶液中，浸渍3小时；取80mL无水乙醇加入到400mL3M的NaOH溶液中，将前述浸渍完毕的载体A置于乙醇和强碱的混合溶液中，浸渍10min，提拉若干次后用去离子水洗净，清洗至pH值约等于7；然后将负载了海藻酸钠的载体A置于浓度为2％的戊二醛溶液中浸渍30小时；将浸渍完毕的载体取出，经去离子水清洗，至洗脱水在280nm处的吸光度小于0.01，得到负载了有机聚合物载体的蜂窝陶瓷载体B1。

实施例3

与实施例2相同的条件，只是以相同质量的聚丙烯酰胺、壳聚糖粉末、聚乙烯醇替代了海藻酸钠，制备得到负载了有机聚合物载体的蜂窝陶瓷载体B2-B4。

实施例4

固化酶的制备

取木聚糖酶、果胶酶和脂肪酶粉体各10g在低温条件下，用pH为5的柠檬酸缓冲液分散，得到粗酶；配置低浓度的戊二醛溶液，戊二醛溶液的浓度为1.0％，将负载了有机聚合物的蜂窝陶瓷载体B1置于戊二醛溶液中浸渍，浸渍3小时，加入前述的粗酶溶液，调整溶液pH值至8，混合5小时，结束后取出固体产品，用清水洗涤3次，以除去粘附酶，得到固化酶C1。

与上述同样的步骤和制备条件，分别使用载体B2-B4代替载体B1，得到固化酶C2-C4。

对比例1

配制体积比为10.0％的醋酸溶液100mL，将5g壳聚糖粉末溶于200mL体积比为5.0％的醋酸溶液，溶解时间5.0小时，将100mL的无水乙醇加入到400mL2.0mol/L的氢氧化钠溶液中，用直径为1.2mm的注射器吸取壳聚糖溶液，逐滴注入乙醇和氢氧化钠的混合溶液中，壳聚糖微球在乙醇和氢氧化钠的混合溶液中能够硬化成小球；将小球滤出，用清水冲洗，直至洗成pH为中性，将一定量的壳聚糖微球置于1.0％的戊二醛溶液中搅拌24小时，壳聚糖微球：戊二醛＝1:10(g/v)，固化后用蒸馏水清洗，洗至洗涤液在紫外光280nm处的吸光度小于0.01为止。

与实施例4同样的方法配置酶的粗溶液；取5g壳聚糖珠和30mL0.005％戊二醛溶液，混合30min。加入一定量的粗酶液，在25℃，pH为8的条件下混合3个小时，然后将壳聚糖珠过滤出。将锥形瓶中的壳聚糖珠用去离子水洗涤3次，除去未结合的酶，得到固化酶D1。

对比例2

配制体积比为10.0％的醋酸溶液100mL，将5g过200目筛的蛭石粉末分散于溶于200mL体积比为5.0％的醋酸溶液，开磁力搅拌器搅拌，分散时间5.0小时，将100mL的无水乙醇加入到400mL2.0mol/L的氢氧化钠溶液中，用直径为1.2mm的注射器吸取蛭石分散液，逐滴注入乙醇和氢氧化钠的混合溶液中，在乙醇和氢氧化钠的混合溶液中形成黏土微球；将小球滤出，用清水冲洗，直至洗成pH为中性，将一定量的黏土微球置于1.0％的戊二醛溶液中搅拌24小时，黏土微球：戊二醛＝1:10(g/v)，固化后用蒸馏水清洗，洗至洗涤液在紫外光280nm处的吸光度小于0.01为止。

与实施例4同样的方法配置酶的粗溶液；取5g黏土微球和30mL0.005％戊二醛溶液，混合30min。加入一定量的粗酶液，在25℃，pH为8的条件下混合3个小时，然后将黏土微球过滤出。将锥形瓶中的黏土微球用去离子水洗涤3次，除去未结合的酶，得到固化酶D2。

取实施例1-4制备得到的系列固化酶C1-C4和对比例1-2制备得到的固化酶D1-D2，置于恒温箱震动床内，保持温度50℃，将白水池白水注入恒温箱，并覆盖固化酶，按时取水，初始白水共同测定阳离子需求量。

表1.不同固化酶存在下白水中阳离子需求量随时间变化

由上表可知，在10min反应时间内，本发明的固化酶C1-C4相较于传统的固化酶D1-D2具有更好的去除水中阳离子需求量的效果，这证明固化酶C系列相比于固化酶D系列能够更有效地分解白水中带负电荷的脂类、降低白水中的阴离子垃圾。

还测试了不同固化酶使用活性随使用次数的变化。关闭循环塔的入水口和下清水出口，开启固化酶层的震动床进行封闭反应，以10min为每次反应终结时间，取出水口清水测试其阳离子需求量，以表征固化酶活性。重复三次反应，记录在下表2。

表2.不同固化酶存在下白水中阳离子需求量随使用次数变化

由表2可知，随着使用次数的增加，固化酶的活性有一定程度的下降，但固化酶C1-C2还能维持较高的活性，固化酶D1-D2在3次重复使用后几近失活。究其原因，可以总结为，在微观上震动床水样晃动产生了机械能，机械能的剪切力将固化酶D系列中酶分子与戊二醛或者戊二醛和微球之间的交联键切断，使酶分子脱离了微球，变为游离酶，固化酶的相对酶活降低。宏观上在震荡的过程中，机械能同时还可以将硬化不完全的微球震碎，使微球表面的酶分子散落在水样中，总的固化酶酶活降低。

而固化酶C系列克服了壳聚糖或黏土微球硬化不完全的缺点，不管是蜂窝陶瓷还是负载在蜂窝陶瓷上的氧化铝涂层，均能提供较强的附着位点，能够通过共价结合将海藻酸钠等聚合物牢牢粘附在载体表面，进而提高了戊二醛和酶的附着能力，延长了固化酶的使用时间，大大降低了固化酶的使用成本，是在现有技术基础上的一大进步。

本发明的固化酶具有使用寿命长的优点，控制循环塔的进水和除水流速，使白水在塔内驻留时间在10min左右，固化酶在300min后仍保持相当的活性，仍可降低30％以上的阳离子需求量。回收后经洗涤和重新负载酶，即能恢复原酶解活性。

通过上述记载说明了如上所述的根据本发明的优选实施方式的固化酶及其制备方法，但这仅是举例说明，本领域技术人员应该能够很好地理解在不脱离本发明的技术思想的范围内能够进行各种变化和变更。

Claims (10)

1.一种固化酶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)使用砂纸打磨蜂窝陶瓷外表面，将打磨后的蜂窝陶瓷于稀酸溶液中浸渍，取出后洗涤备用；

(2)取拟薄水铝石，加酸性水搅拌，同时添加尿素，制成溶胶，将蜂窝陶瓷浸渍到拟薄水铝石溶胶中，多次提拉后倒置蜂窝陶瓷，重复前述浸渍提拉步骤，后吹掉蜂窝陶瓷孔内多余溶胶，室温晾干后，置于烘箱中干燥，然后于马弗炉中煅烧，得到一次涂覆的蜂窝陶瓷载体，重复上述浸渍、干燥、煅烧操作三次，得到负载了氧化铝涂层的蜂窝陶瓷；

(3)将有机聚合物粉末溶于稀醋酸溶液中，溶解后将蜂窝陶瓷载体置于所述溶液中浸渍一段时间，使有机聚合物浸渍于蜂窝陶瓷载体上，然后将负载了有机聚合物的蜂窝陶瓷载体浸渍乙醇和强碱的混合溶液中，提拉若干次后用清水洗净，然后将负载了有机聚合物的蜂窝陶瓷载体置于戊二醛溶液中浸渍处理，得到负载了有机聚合物载体的蜂窝陶瓷；

(4)将混合酶粉体在低温条件下，用弱酸性溶液充分分散，得到粗酶溶液，配置低浓度的戊二醛溶液，将负载了有机聚合物的蜂窝陶瓷载体置于戊二醛溶液中浸渍，加入一定量的粗酶溶液，调整溶液pH值至弱碱性，混合4-5小时，结束后取出固体产品，用清水洗涤3次，除去粘附酶，得到固化酶。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，蜂窝陶瓷在拟薄水铝石溶胶中完成浸渍后，分三段对载体进行干燥煅烧，首先，将蜂窝陶瓷载体于室温干燥，然后于烘箱中干燥2-5h，干燥优选在100-150℃条件下进行，再后于马弗炉中煅烧，煅烧温度为400-500℃，煅烧3h，得到一次负载的蜂窝陶瓷载体。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机聚合物包括壳聚糖、海藻酸钠、聚丙烯酰胺和聚乙烯醇或其混合物。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，较佳的制备条件是，将有机聚合物溶于体积比为10-15％的醋酸溶液中，溶解10小时，所述乙醇和强碱的混合溶液是将无水乙醇添加到低浓度强碱溶液中得到，所述强碱为氢氧化钠或氢氧化钾，碱溶液的浓度为3-5mol/L，所述戊二醛溶液优选具有2-3％的浓度，所述混合酶选用脂肪酶、果胶酶、木聚糖酶、漆酶或其两者或两种以上的组合。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述弱酸溶液优选pH值介于5-6的柠檬酸缓冲液，戊二醛溶液的浓度为0.01-5.0％，将负载了有机聚合物的蜂窝陶瓷载体置于戊二醛溶液中浸渍1-5小时，步骤(4)中加入一定量的粗酶溶液后，调整溶液pH值至8-9。

6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法制备得到的固化酶。

7.一种固化酶，其特征在于，所述固化酶具有多层结构，以蜂窝陶瓷为基础，负载有氧化铝涂层，在氧化铝涂层之外再负载有机聚合物层，外层则通过吸附或包埋作用，负载活性酶，所述酶为处理造纸白水常用的酶，所述常用酶为果胶酶、木聚糖酶、脂肪酶、漆酶，负载的活性酶可以是单独一种，也可以选择两种或两种以上的组合使用，所述蜂窝陶瓷是市售的，所述氧化铝涂层通过溶胶凝胶法负载到蜂窝陶瓷内外表面，然后经干燥、煅烧成型，所述有机聚合物为壳聚糖粉末、聚乙烯醇、海藻酸钠或聚丙烯酰胺的一种或两种以上。

8.一种造纸白水的回用方法，其特征在于，包括以下步骤：

将白水池中的浓白水经一次过滤后，通过泵转移至循环塔中，浓白水经上方入口进入塔内，塔内由上至下设置有固化酶层、过滤层，循环塔下部设有清水出口，所述清水可直接进入2#浆池循环使用，所述固化酶层使用权利要求6或7的固化酶。

9.根据权利要求8所述的造纸白水的回用方法，其特征在于，白水进入循环塔后，控制白水流速，使白水经过5-30min经清水出口流出。

10.一种高定量生活用纸的纸浆生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将浆板置于中浓水力碎浆机碎解，得到浆液一，将损纸边置于低浓水力碎浆机碎解，得到浆液二，混合浆液一和浆液二得到混合浆液，输送到1#浆池，经高浓除渣器除渣后先后经过两台盘磨机打浆，浆液进入2#浆池；

(2)向2#浆池的浆液中添加湿强剂、分散剂和增白剂，混匀，输送至3#浆池静置，后进入高位箱，调整浆液浓度后进入冲浆泵，冲浆后送至网前箱；

(3)浆液于网前箱挂浆成型，进入真空网笼除水，后用压榨辊挂浆至毛毯，经托辊运送至烘缸表面烘干，再经起皱刮刀、弧形辊后进入卷纸缸卷纸，过磅即得生活用纸；

所述步骤(2)中，冲浆后过压力筛，浆液进入网前箱，杂质再过尾筛，除去沉渣，液体进入网下白水池，白水池的白水经权利要求8-9所述的方法回收至2#浆池；所述步骤(3)中，网前箱挂浆成型后，余下部分浆料回流至高位箱。