环境友好脱墨技术

1、环境友好脱墨技术 环境友好脱墨技术 论文与综述 环境友好脱墨技术 公维光 高玉杰 天津科技高校 (天津 300222) 摘 要 废纸再利用在造纸工业中起着越来越重要的作用,简要介绍了近年来消失的环境友好脱墨技术关键词 酶法脱墨 中性脱墨 超声波脱墨 蒸汽.脱墨 由于造纸资源短缺、污染严峻、生产成本高等缘由,加上人们对环境越来越重视,造纸工业走可持续性进展之路已成为人们的共识。废纸作为再生资源用于制浆造纸越来越显示出其重要性,某些发达国家甚至采纳法律形式规定某些纸产品必需配有肯定比例的回收纤维浆,废纸脱墨技术也随之取得了突飞猛进的进展,尤其是最近几十年,人们为了节约投资、爱护环境、降低成本、削减

2、森林砍伐,相继开发出许多环境友好脱墨技术,如酶法脱墨、蒸汽.法脱墨等。目前废纸制浆技术已经向 优质、高效、节能、降耗、减污!方向快速进展。本文就近年来国内外环境友好脱墨技术的进展状况作简要介绍。1 酶法脱墨 传统废纸脱墨是采纳化学法,需要大量碱、水玻璃和工业皂,主要的原理是纸上的油墨在强碱和分散剂的作用下被乳化。随着国际经济高速进展,废纸的种类有了很大的转变,像激光和复印废纸占越来越多的比例,另外印刷油墨的配方也不断转变,因此利用传统脱墨方法已经不能适应要求。很多工厂只好通过加强机械打碎的方法,使大颗粒油墨破裂成小的,然后通过浮选除去。增加机械作用势必要增加能耗,降低纤维平均长度和损害成纸强度

3、,另外还使浆的游离度减小,不利于成纸脱水。美国乔治亚州立高校领先开拓出访用生物酶的混合物代替传统脱墨剂,并获得胜利,同时发觉可用于各种不同回收纸中,对不同的废纸酶的配方有所不同。 目前,用于脱墨讨论的酶有脂肪酶、脂酶、果胶酶、淀粉酶、半纤维素酶、纤维素酶和木素降解酶,其中大多数用法纤维素酶和半纤维素酶。关于酶法脱墨的机理,目前看来还不完全清晰,现存在三种观点:Eriksson 收稿日期:2021-06-06 认为,油墨与纤维间的结合点具有较大的应力,酶优先作用于这些区域,使油墨和纤维间的连接变得松弛,使油墨与纤维易于分别;Zeyer等人则认为,由于机械剪切力的作用,使油墨在纤维上突起,酶作用于

4、这些突起部位,使油墨与纤维分别,此外,酶作用于纤维表面的细纤维,使纤维表面变得光滑,在机械力作用下油墨易于分别。尽管酶脱墨机理存在多种说明,但不管怎样,每一种说明都与纤维组成、油墨种类、印刷方式有关;而且酶处理可降低油墨粒子的尺寸,通过选择性地转变酶的组成、用量、反应时间、添加剂及pH值,可更有效地把较大的、片状的、结合牢固的油墨粒子变成较小的、非片状的粒子。 与常规的碱性脱墨相比,酶脱墨产生的废水中COD较少,因此废水处理系统的负荷较低。一般来讲,酶脱墨废水的COD要比化学脱墨废水低约20%30%。 美国林产品试验室(FPL)讨论人员报道:纤维素酶能提高不含磨木浆的非接触印刷纸的脱墨效率,中

5、性纤维素酶比酸性纤维素酶脱墨效果好。这两种酶的中试结果与试验室结果全都,如其中一种酶在试验室的脱墨效率为96%,中试时结果为95%。最近,他们用纤维素酶连续处理2300kg100%的彩色印刷办公废纸,纸浆残余油墨粒子大大减小,纸浆白度和游离度增加,而纸浆强度和纤维长度未受影响。 Prasad等人利用纤维素酶和半纤维素酶对旧新闻纸进行了脱墨讨论,酶法脱墨后纸浆的白度达57.5%ISO,白度值与对比试验相比提高了4%5%ISO。Putz等人对胶印新闻纸的酶法脱墨和化学脱墨进行了对比,发觉酶法脱墨可以节约大量化学药品,降低脱墨废水的COD含量。国内对废新闻纸脱墨的讨论还表明,酶法脱墨浆具有更高的白度

6、和相像的物理性能。 Franks用纯碱性纤维素酶处理复印纸和激光打印纸,结果表明纸浆的白度比对比样品有较大的提高(约 2021年 第3期 黑 龙 江 造 纸% 高4个ISO单位),残余油墨(尘埃度)减小94%(见表1),纸浆游离度和强度性能略有提高。这些纸主要由漂白针叶木化学浆组成,因此纤维素酶可能会影响到化学浆的纤维分布。讨论还显示,多组分纤维素酶系统中的单组分酶对不含磨木浆的非接触印刷纸的脱墨起主要作用。 表1 纯碱性纤维素酶对MOW浆质量的影响 处理方式空 白对 照酶处理 白度/%ISO82.184.288.3 尘埃度 /mm m 2 -2 中,无机药品完全不加,仅添加DI-6000.3

7、%时,能确保 F为7%9%。目前正在用法的状况是用0.25%DI-600, F=14%,最终白度为56%58%ISO。 国内也对该脱墨法作了许多讨论:商洛造纸专利技术有限公司近期讨论开发油状透亮液体(A液),经软化、溶解油墨,用三合一常温脱墨剂(B液)进行中和后,使油墨脱离纤维,溶于水中,全部脱墨反应过程在中性条件下进行。脱墨剂A液、B液,经陕西省化工讨论所检验测定、无毒、无污染。经用法厂试验,脱墨浆泡沫大,既可用水洗法,也可用浮选法清除油墨,并有脱墨彻底、洁净、适于多种废杂纸脱墨的优点,对美国废纸、旧报纸的脱墨有特别的效果,脱墨浆的抄纸强度比碱性热法提高35%,得率提高12%,生产成本降低2

8、0%。天津科技高校最近也开发出系列中性脱墨剂,某些已胜利运用于实际生产。3 超声波脱墨法 这种脱墨技术由美国SUNY-Syracuse州的Turai和Teng以及加利福尼亚州立高校Longbeach的Naim pally两个讨论小组讨论胜利。两个讨论小组都用法了一种声纳装置 一种液体哨声超声波发生器,通过它可以产生频率为22.5kHz的超声波,结果表明:它在脱墨和提高纸张性能(抗张程度,耐破度,伸长率)方面都取得了令人满足的效果。 超声波就是频率大于16kHz的声波。当声波传过物质时,超声波脱墨机理是基于物质分子将会在声波传播方向上发生纵向振动。假如这种作用发生在液体中,那么周期性的压力改变将

9、导致液体中发生空穴作用,或形成直径约为0.10.2mm的细小气泡。当气泡受到超声波的作用时,它可以不断汲取因超声波持续的压缩和膨胀周期而产生的能量,从而使其大小发生波动或平均直径增大。当气泡增大时,它的体积增大事实上有个临界状态,在这个状态下,它可以从超声波中汲取最大能量,并快速增大,继而.。当这些气泡.或裂开时(在几乎不到1 s的时间内),其内部温度可达5500#,由于体积很小,这种热消逝得特别快,在任何时间内,液体仍保持与环境接近全都的温度。裂开的气泡将能量传递给它附近的介质,比如二次纤维,这个能量产生以下两种作用:使油墨粒子松驰,并从纤维表面移开;还可使油墨粒子自碎解。 该法优点是:少用

10、或不用化学药品,降低成本,减轻废水污染;对高光泽油墨除去率高,脱墨效果好;DIP的耐破因子、裂断长、伸长率、白度等指标有明显提高,而撕裂因子却不会有任何削减。 游离度/ml(csf)400440490 裂断长撕裂指数耐破指数/km 2-12-1 /mN m g/kPa m g 4202120210 4.554.384.75 酶法脱墨是一种具有良好应用前景的生物技术。 酶法脱墨不仅可以减轻化学脱墨所造成的环境污染,而且还可以改善纸浆的抄造性能,从而提高产品的产量和质量,对于缓解造纸工业纤维资源的紧急、减轻废纸回收利用所造成的二次污染来说具有重要意义。但国内外

11、对于其机理及其它基础性讨论不足,限制了酶法脱墨的深化开展及其在工厂中的应用。因此以后要加强一些基础性的讨论,以期酶法脱墨更好地为造纸工业服务。2 中性脱墨法 中性脱墨为法国Lamort公司在废纸处理技术上的一个新突破,现在不断受到欧洲及世界各国造纸厂的欢迎。与常规碱性脱墨相比,它不需要碱、水玻璃等化学药品,从而削减了COD,并节约了化学成本,避开了机械浆的碱性变黑现象。该法的作用机理为表面活性剂渗透到油墨与纤维的界面,在机械洗涤与表面活力的双重作用下脱除油墨。 在中性条件下,更多的油墨被选择性地分散成达到良好浮选和洗涤效果所需的粒度而过度分散;由于中性环境允许胶粘物质附聚再加机械的方法脱除,因

12、此胶粘杂质削减。此外在中性条件下常可以不用或降低pH值调整剂的量,这样可以削减流送到纸机浆料的滤水性能波动,pH值改变较少导致纸机较好的运转性能。 第一个用一般废纸来生产印刷纸的中性脱墨系统已在瑞士的Zwingen运转,该生产线于1992年7月开头运行。在西德某造纸厂,原料为回收旧报纸50%,废旧杂志纸50%,温度40#,只添加无机药品(添加量不明),在不用法脱墨剂的条件下,进行脱墨。这时,浮选机进出口处的白度差 F为1%2%;如此时添加DI-600中性脱墨剂, F上升为8%10%;在该系统 环境友好脱墨技术 William等讨论了超声波处理含有静电复印纸的办公混合废纸油墨脱除状况,结果表明,

13、浮选之前采纳间歇法或连续法超声波处理能够裂解油墨粒子,降低油墨粒子尺寸,裂解后的油墨粒子采纳浮选的方法较易脱除。但是目前,该项技术在工业化生产中的应用尚未见报道。4 蒸汽.脱墨法 蒸汽.法用于废纸回收已有30多年历史,但以前均因间歇操作而受到制约。美国Recoupe回收技术公司为此开发了新蒸汽.技术,该项技术的过程是将废纸以50%的浓度投入蒸汽.器,通过往复式活塞将其压缩成塞状物料,后连续送入高压釜,经过蒸汽处理使其温度达到230#,压力1176.842796.45kPa,处理数分钟,然后通过一个小型喷放阀放浆.。经这样处理后,油墨颗粒能被碎至很小(75 m),再经净化、筛选、洗涤等制得脱墨浆

14、。该工艺是唯一的连续式废纸处理工艺,据称,该工艺能更有效地回收低档废纸,而且该项技术能解决一些废纸回收中的难处理问题,如塑料热熔物、蜡、松香以及传真和复印纸等,它对分散难的材料(如激光、静电印刷油墨)非常有效。该项技术具有工艺简洁、操作费用低、投资省、节能和环保的优点。 加拿大魁北克高校制浆和造纸讨论中心科研人员采纳蒸汽.法对旧报纸脱墨,并与传统的脱墨方法作了对比。添加亚硫酸钠或不加化学药品的蒸汽.处理废胶印新闻纸,然后在动态造纸化学设备中洗涤浆料(传统废纸浆料循环是在螺旋碎浆机中进行的)。蒸汽.法处理旧报纸浆得率受到洗涤段的影响,由于它取决于分散的油墨和细小纤维的洗出,最终得率损失约2%。虽

15、然传统的废纸脱墨法先在螺旋碎浆机中解离浆料,随后通过浮选,得到的纸浆白度比蒸汽.法得到的纸浆白度要高,但是,蒸汽.法可以采纳过氧化氢漂白以提高纸浆白度。采纳添加亚硫酸钠的蒸汽.法处理旧报纸,随后进行洗涤和浮选,所得浆料生产的纸张残余油墨极少,并能提高纸张的强度性质。由于浆料中存在磺化木素纤维,使制得的纸张机械强度较高、表面平滑性较好。5 各脱墨法协同脱墨 5.1 蒸汽瀑破 磁附聚协同脱墨 Marchessault等人在最大压力5MPa(此时温度最高,为265#)、容积为1L的试验条件下得出结论:.产生的高温下将油墨或调色剂颗粒软化并使之分散 6 结语 随着人们环境意识的增加,在造纸从业人员的努

16、 力下,造纸工业已经从过去的高污染逐步转向以环境友好持续进展之路,废纸的回收再利用作为节约原材 成较大的颗粒,然后通过后续的磁性处理(油墨中原有电荷掌握剂使油墨具有磁敏感性)使非接触性油墨很好地与纤维分别。他们分别讨论了未处理(经过碎浆)、蒸汽.法和蒸汽. 磁性处理三种方法处理废激光打印纸,试验结果如图1,结果表明,蒸汽.+磁性处理所得的浆的各种粒径的尘埃数远低于另外两种方法, 脱墨效果较好。 图1 激光打印纸油墨粒子尺寸分布 5.2 酶 超声波协同脱墨 酶处理不仅可以削减废纸回收过程中的化学药品消耗,而且还能加速油墨粒子的脱除。但由于受生化反应特点所限制,酶处理往往需要比较长的时间。超声波(

17、频率在20kHz以上)能在液体中引起周期性的压缩和膨胀,使纤维产生猛烈振动和相互摩擦,并能提高纤维素酶的活性,从而加速油墨粒子的脱除。华南理工高校的伍红等人进行了酶与超声波协同作用对废旧彩色胶印新闻纸脱墨的讨论,试验结果表明,超声波协同酶预处理对废旧彩色胶印新闻纸的脱墨效率有很大的提高,见表2,处理后浆的白度比空白样提高5%ISO。虽然酶和超声波的处理睬在肯定程度上降低纤维粗度和纤维长度,但对纸张的强度影响很小。讨论发觉,超声波的主要作用是提高了酶对纤维表面碳水化合物的水解速度,因而有利于油墨的脱除。 表2 不同脱墨过程的脱墨效果 纸浆特性 白度/%ISO灰份/%打浆度/SR裂断长/km 撕裂

18、指数/mN m2 g-1耐破指数/kPa m2 g-1耐折次数/双折次 A42.22.8938.51.934.60.721 B40.03.1735.51.754.40.771 C37.23.3036.81.735.10.751 2021年 第3期 黑 龙 江 造 纸% 料、降低环境污染、削减投资等方面起着越来越大的作用,尤其是近年来人们致力于开发的环境友好脱墨技术。由于种种缘由,有些脱墨技术还没有在工厂中大规模应用,但随着技术的逐步成熟和完善,这些脱墨技术会在不久的将来发挥其应有的作用。 参 考 文 献 5 P.G.Bunce.Millexperiencesinlowcostwastepape

19、rprocessingunderneu tralpulpingconditions.PaperTechnology,1993(3):2831 6 A.Marcus.Neutraldeinkingmakeitsdebut.PulpPaperInternational. 1993,35(10):2225 7 NormanJC,etal.Denikinglaser-printpaperusingultrasound.Tappi J,1994,77(3):151 8 ScottEW,ingultrasoundtodeinkingxerographicWaste. TappiJ,1995,78(12):

20、125 9 张美云译.超声波用于激光打印纸脱墨.国际造纸,1998,17(1):1410 Marchessault,etal.Deinkingofxerographicprintsassistedbysteam-explosion.PulpandPaperCanada,1997,98(5):59 11 冯铭杰.废纸脱墨可持续进展技术的进展.国际造纸,2021,19 (4):21 1 陈庆蔚.当代废纸处理技术.北京:中国轻工业出版社,19992 杨懋暹.废纸利用的现状、前景和对策.中国造纸,1996(1):593 P.K.Bajpai.Deinkingwithenzymes:areview.Ta

21、ppiJ,1998,81(12): 111 4 曲音波.制浆造纸生物技术讨论进展.生物技术通报,1998(6):14 EnvironmentallyFriendlyDeinkingTechnology GongWeiguang GaoYujie (TianjinUniversityofScienceandTechnology,Tianjin,300222) Abstract:Recyclingwastepaperplaysamoreandmoreroleinpapermakingindustry.Inthispaperenvironmentallyfriendly deinkingtechnologiesdevelopedinrecentyearsareintroducedbriefly. Keywords:enzymaticdeinking,neutraldeinking,ultrasounddeinking,steam-explosivedeinking (上接第20页)盐法制浆,在用碱量18%,液比1 5 5,硫化度25%,最高蒸煮温度165#条件下蒸煮,可以制出配抄一般新闻纸要求的纸浆。 6 2 红麻纤维比较长,强度高,掺入40%50%全杆红麻浆代替化学木浆,与磨石磨木浆配抄一般新闻纸,能够达到一般新闻纸质量标准。6 3 红麻为一年生植