毕业论文- 淀粉酶和木聚糖酶用于铜版纸协同脱墨的研究

1、摘 要废纸的回收再利用的应用日益广泛，而废纸在加工中一个重要的工艺环节就是脱墨。传统化学法脱墨已经在实际生活中得以应用，脱墨效果也很佳，但对于生成后的纤维损害却比较大，纤维得率降低，导致纸张性能有一定的缺陷，对废水污染也相对严重。相对于它来讲，酶法脱墨不但拥有良好的脱墨效果，脱墨后生成的纤维得率高，造出的纸成纸性能好，且能减轻废水污染的负荷。因此也受到广大人们的普遍关注。本文主要探究淀粉酶和木聚糖酶对铜版纸的脱墨效果，对影响其脱墨效果酶的用量、温度和反应时间等参数进行优化，进而确定淀粉酶和木聚糖酶脱墨的最佳工艺条件。将淀粉酶和木聚糖酶进行复配，以淀粉酶为主，通过淀粉酶和木聚糖酶配比的确定，获得

2、比单酶脱墨效果更好的复合酶淀粉酶/木聚糖酶。关键词：脱墨；淀粉酶；木聚糖酶AbstractThe reuse of waste paper recycling is increasingly widespread, The paper in processing is an important aspect is the de-inking process. Traditional chemical deinking has been applied in real life, deinking effect is also very good, but after generation fi

3、ber damage than larger fibers yield decreased, resulting in paper properties have some flaws, is also relatively severe pollution of water . With respect to its terms, not only has a good deinking enzymatic deinking effect, fiber and high yield after inking generated good performance create the pape

4、r into the paper, and can reduce the wastewater pollution load. So also been widespread concern of the majority of people.Paper mainly explored amylase and xylanase on coated paper deinking effect, affecting their deinking amount of enzyme, temperature and reaction time and other parameters are opti

5、mized, and to determine the amylase and xylanase deinking most good conditions. The amylase and xylanase enzyme complex to amylase mainly through amylase and xylanase ratio is determined to get a better effect than single enzyme deinking enzyme amylase / xylanase .Keywords: enzymatic; amylase; xylan

6、ase目 录 TOC o 1-3 u 摘 要 PAGEREF _Toc422743482 h IAbstract PAGEREF _Toc422743483 h II目 录 PAGEREF _Toc422743484 h 11 绪论 PAGEREF _Toc422743485 h 11.1 研究背景 PAGEREF _Toc422743486 h 11.2 研究目的与意义 PAGEREF _Toc422743487 h 11.2.1研究目的 PAGEREF _Toc422743488 h 11.2.2研究意义 PAGEREF _Toc422743489 h 21.3国内外发展现状 PAGERE

7、F _Toc422743490 h 21.3.1国外发展现状 PAGEREF _Toc422743491 h 21.3.2国内发展现状 PAGEREF _Toc422743492 h 31.4 脱墨简介 PAGEREF _Toc422743493 h 41.4.1油墨成分 PAGEREF _Toc422743494 h 51.4.2油墨的印刷种类 PAGEREF _Toc422743495 h 51.4.3脱墨技术分类 PAGEREF _Toc422743496 h 51.4.4脱墨特点 PAGEREF _Toc422743497 h 61.5生物酶脱墨技术的机理及常用生物脱墨酶简介 PAGE

8、REF _Toc422743498 h 71.5.1生物酶脱墨技术的机理 PAGEREF _Toc422743499 h 71.5.2 常用生物脱墨酶 PAGEREF _Toc422743500 h 81.6酶法脱墨在废纸浆中的应用 PAGEREF _Toc422743501 h 91.6.1单酶在废纸脱墨中的应用 PAGEREF _Toc422743502 h 91.6.2脱墨酶的复配以及在废纸脱墨中的应用 PAGEREF _Toc422743503 h 91.6.3影响酶法脱墨的因素 PAGEREF _Toc422743504 h 101.6.4废纸脱墨效果的评价方法 PAGEREF _T

9、oc422743505 h 111.7本课题主要研究内容 PAGEREF _Toc422743506 h 112 废纸脱墨实验 PAGEREF _Toc422743507 h 122.1 实验材料及设备 PAGEREF _Toc422743508 h 122.1.1 实验材料 PAGEREF _Toc422743509 h 122.1.2 主要仪器 PAGEREF _Toc422743510 h 12表2-2 主要实验仪器 PAGEREF _Toc422743511 h 122.2 实验方法 PAGEREF _Toc422743512 h 132.2.1实验流程 PAGEREF _Toc422

10、743513 h 132.2.2实验分组设计 PAGEREF _Toc422743514 h 143 实验结果与讨论 PAGEREF _Toc422743515 h 173.1 实验数据分析 PAGEREF _Toc422743516 h 173.1.1 淀粉酶的实验分析 PAGEREF _Toc422743517 h 173.1.2 木聚糖酶的实验分析 PAGEREF _Toc422743518 h 193.1.3 淀粉酶和木聚糖酶复配的实验分析 PAGEREF _Toc422743519 h 223.2本章小结 PAGEREF _Toc422743520 h 27结论 PAGEREF _T

11、oc422743521 h 28参考文献 PAGEREF _Toc422743522 h 29致 谢 PAGEREF _Toc422743523 h 311 绪论1.1 研究背景近年，随着森林资源的日趋短缺和人们对环保意识的不断增强，废纸回收利用越来越受到人们的重视，越来越多的造纸人士将研究的目光投向了废纸回收,这使得废纸的回收利用比率在全世界各国也有较大幅度的提升,而我国更是注重废纸的回收利用，2001 年我国的废纸利用率仅为 44.0%，到 2007 年废纸回收增长巨大，提高至59.3%，2010 年达到 63%，并且伴随着造纸工业的快速发展而有很大的提升空间。同时，对进口废纸的重复利用也

12、不断得到重视，进口废纸在所有废纸的比重也在不断攀升，2001 年，该比重仅为 38.1%，到 2007 年提升至 44.9%，比例增加明显1, 但仍低于 47.7%的世界平均水平，更远远低于发达国家的70%左右水2。在我国废纸回收具有更大的发展空间。就目前而言，旧报纸、混合办公废纸、旧书籍纸是最常用于回收利用的脱墨废纸。在印刷油墨复杂度不断提升以及快速不断发展的油墨印刷技术，这使得如何让废纸有效脱墨变白显得尤为重要，因此，不少研究人员也将目光关注于废纸处理的方法技术。尽管废纸脱墨技术已臻成熟，但因二次纤维回收利用中仍然存在着许多问题等待着我们进一步的去解决。因为是作为二次回收利用的纤维，这就使

13、得纤维强度、滤水性能都大大降低，并且在废纸的回收再利用过程中，胶粘物等杂质的存在也为生产带来很多麻烦。而伴随着对生物科学技术的不断认识和高速的发展，其在造纸行业中的应用也越来越广泛，利用生物酶蛋白辅助废纸脱墨、纸浆二次纤维的改性，以求达到完善二次纤维品质同时减少造纸等方面对环境污染的目的。1.2 研究目的与意义1.2.1研究目的由于回收的废纸印刷方式和其使用的油墨具有特殊性,使得传统脱墨的方法对废纸脱墨的效果不理想,主要原因是传统的碱法脱墨不能让回收的再利用的废纸使用非接触式印刷的油墨皂化而进行脱除。现在用酶法脱墨能有效的处理并解决回收再利用的废纸的脱墨,酶能适当地打断纤维与油墨之间的联接并让

14、废纸上的大油墨脱离纤维的表面,同时用酶法脱墨还能够起到增强浆料的虑水性和部分强度指标3。酶法脱墨和用传统的化学方法脱墨比较来看,利用酶法脱墨能减轻能耗,降低对环境的污染,而且脱墨效率高。通过对本课题的系统研究，找出各种酶之间脱墨的最佳条件和比例，达到提高利用率和减少对环境污染的目的。1.2.2研究意义由于现今面临着资源、环境和能源日益严重的问题,使得二次纤维已经成为制浆造纸工业中一种非常重要的纤维来源。我国造纸纤维原料今后会很长一段时间的主要来源来自废纸回收利用，在脱墨过程中现在存在着许多各种各样的问题，这些问题必须尽快得到解决，利用废纸不但可以保护现有的森林资源,还可以减少对环境的污染这对于

15、减轻造纸工业的环境压力，促进节能减排有着巨大而深远的意义。所以本文选此课题，希望通过对几种酶之间的协同作用来脱墨，找出各种酶之间脱墨的最佳条件和比例，提高利用率，减少环境污染，并且对于酶法脱墨的发展具有很重要的意义。1.3国内外发展现状1.3.1国外发展现状1991年,韩国学者4第一次报道了使用纤维素酶和木聚糖酶能有效的将废报纸上的油墨脱除。从此以后,全世界各国的学者开始陆续的对酶法脱墨进行研究,并使得关于酶法脱墨的专利申请数量和获得批准数量大幅度上升。Putz、Prasad和Eom等研究了废报纸用不同印刷方式印刷对酶法脱墨的影响效果,从而获得了确切的结果。美国乔治亚大学5于1995年10月建

16、成废纸脱墨中试工厂,并于1996年开始中试。结果表明与传统的方法相比，通过这种方法得到的废纸浆其强度和白度都更高,并且其滤水性能好，尘埃度低,对环境的污染少。从这次的实验结果表明，用酶法脱墨技术对废纸脱墨的工业化进程越来越近了。Baret等人6对混合办公废纸(MOW)进行了用中性纤维素酶脱墨效果的研究。结果证明,先用碱性化学品对浆料进行处理之后再用中性纤维素酶进行处理,从而进一步提升了油墨去除率和纸浆白度,进而得出使用中性纤维素酶不易对化学预处理的纸浆进行处理。美国林产品实验室US-DAS Forest Products Laboratory(FPL)报道7,纤维素酶能提高不含磨木浆的非接触印

17、刷纸的脱墨效率, 酸性纤维素酶脱墨效果要低于中性纤维素酶。在中试结果与实验室中这两种酶结果一致,如其中一种酶在实验室脱墨效率为96%,中试结果为94%。进而进行了一次实验使用纤维素酶对2300 kg100%的激光印刷办公废纸连续处理。得出在纸浆中的残余油墨粒子大幅度下降,纸浆的白度和油墨的游离度都上升,而纸浆强度和纤维长度并未受此影响。法国一个研究小组8的研究结果也表明,在碱性化学浆的脱墨过程中中性纤维素酶有助于墨粉的脱除,并达到了提高纸白度的效果。Franks9对复印纸和激光打印纸利用纯碱性纤维素酶处理脱墨效果的研究,结果证明,相对对照样品酶脱墨纸浆白度有较大的上升(约升高4个ISO单位),

18、与对照样品相比酶脱墨残余油墨面积(尘埃度)比面积减少94%,纸浆强度和游离度都有所上升,这些纸主要组成成分是漂白针叶木化学浆,所以纤维素酶可能会对化学浆的纤维分布有一定影响。他们也对纤维素酶的单组分和多组分对MOW的脱墨效果进行了对比研究,结果证明,这两种酶对纸浆尘埃的下降和白度的增强拥有相似的规律。因此,脱墨效果的评价标准用白度表达是合适的,研究还表明,多组分分析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着主要的作用。Heise等人10对酶法脱墨进行了非接触印刷的工业性实验研究,从中发现很少用量的商品酶与表面活性剂共用能使酶法脱墨效率大幅度提升。酶脱墨浆的白度比对照实验上升了

19、2个百分点, ,废水污染负荷低，耗氧量和毒性更低，纸浆的物理强度和滤水性能都有所改善。欧洲某造纸厂11用含有甘露聚糖酶、木聚糖酶、淀粉酶和脂肪酶的混合酶结合非离子型表面活性剂,对100%化学木浆基涂布纸废纸进行脱墨,得出比常规方法利用化学药品脱墨效果更优异。利用酶对废纸脱墨,能够明显增强浆料白度并减少脱墨后浆料中的尘埃和纤维素量。美国有关专家12研究了7种具有木聚糖酶和纤维素酶活性的工业酶的废纸脱墨效果。在研究中得出这些酶中大部分比传统的化学方法在用于无触点印刷纸脱墨时更有效:可省略浮选和用于洗涤普通脱水与分散步骤。在对旧报纸和白帐本纸利用酶处理弱酸性浮选脱墨之前,先用纤维素水解酶进行预处理。

20、相比较传统的脱墨法,酶处理不但使成浆的游离度高，纸浆强度和亮度也相对提升。Jeffries等人13对酶法脱墨碎浆时浓度分别为3%、6%和12%时的脱墨效果进行研究,他们从中得出碎浆浓度越高,其酶法脱墨的效果越好。1.3.2国内发展现状在现代社会科技中用于废旧报纸（ONP）脱墨的主要有脂肪酶半纤维素酶、纤维素酶和漆酶等，用于办公废纸生物脱墨剂的主要有纤维素酶、脂肪酶、淀粉酶以及漆酶14。尤纪雪等15在研究脱墨过程中添加不同复配比的漆酶和淀粉酶对脱墨效果产生的影响，发现但二者比例为 40:60 时脱墨效果最好；随后，使用碱抽提辅助脱墨，脱墨浆白度和油墨脱除率高达 91. 6% 和 92. 1%。相

21、比传统化学法，脱墨浆的白度、油墨脱除效率、撕裂指数和裂断长分别提高 7.1%、14.2%、11.3% 和 14.7%。冀亚超等16研究了 ONP 脱墨的中试试验中发现利用生物酶脱墨剂脱墨废旧报纸生产的纸张符合生产要求，多项指标（白度、有效残余油墨浓度、尘埃度）达到行业规范。王燕蓬等17利用纤维素酶和半纤维素酶与漆酶/介体对美国 8#废纸进行协同脱墨研究，研究结果表明二者对废旧报纸具有协同脱墨作用，而且浆料中的有效残余油墨浓度（ERIC）和尘埃度与单独使用一种酶时均有所降低。李海军等18进行了生物酶法和传统化学法在废纸碎浆和浮选工艺中的脱墨实验，结果显示碱性脂肪酶类生物酶脱墨剂不仅能够控制纤维流

22、失，而且具有比一般化学脱墨剂更理想的脱墨效果。这些研究表明，生物酶，作为一种新型脱墨剂，可以很好地起到脱墨效果，并且脱墨废水的各项指标要优于传统化学法脱墨，在生物酶脱墨机理尚不清楚的状况下，有必要对生物酶脱墨机理进行深入研究和系统的阐释。1.4 脱墨简介脱墨其实就是采用合理的方法破坏油墨粒子对纤维的黏附,并且将油墨从废纸中除去，这个过程就叫做脱墨。因色料本身具有颜色,其被连接料黏附在纤维表面,使得其难以彻底除去,这对再生浆的白度产生一定的影响,连接料是黏稠的胶粒状流体物质,既是作为色料的载体也是使色料固着的黏合剂。在选择连结料的时候，选择连结料颜色浅的，这样对色料本身的影响最小，对再生浆的颜色

23、影响最小，但是因为连结料具有黏性，这使得在脱墨的时候要将其包含的色料除去变得很困难，从而影响了生产的再生浆；助剂能够让油墨变得对各种印刷环境的填料和辅助剂适应来达到对油墨性能的改善。一般情况下辅助剂添加的越少对造纸脱墨的影响越小。目前，众多的填料能与热碱发生反应对脱墨后的白度产生影响，而其用量又根据色料的不同产生差异。将油墨从纤维上分离出来需要其在恰当的温度和机械力的作用。这个整个过程主要分为三步:1）纤维的润涨分离回收的废纸在打浆机中会发生润涨，其在打浆机中受到剪切和摩擦的作用下，疏解成纤维，同时为使油墨能更好的脱出，降低其对纤维的黏附，还需加入其他助剂。2）油墨从纤维上的脱落纤维和油墨在水

24、中氢氧化钠或碳酸钠等的作用下发生润涨，纤维和油墨的结合力在表面活性剂等化学药品的作用下受到破坏,在外力打浆机的作用下，大面积的油墨会成片脱落，而对于固着好的油墨则以小颗粒的形式从大块的油墨表面剥离。3）油墨粒子从浆料中除去油墨粒子表明性质由于纤维在化学药品等作用下脱落后发生了改变，散落在水中各处，为防止油墨粒子重新回到纤维上，需要加入一定的分散剂和吸附色料的粒子等化学药品。最后通过浮选或洗涤法等脱墨技术除去。1.4.1油墨成分油墨主要由颜料、连接料、填料、附加料等组成19，是用于包装材料印刷的一种重要材料，印刷使用的油墨其中主要包括原料和助剂，这两种组分通过均匀地混合而形成一种粘性胶状流体，从

25、而用于油墨印刷。其主要成分如图 1- 1 所示：图1-1 油墨的组成成分1.4.2油墨的印刷种类油墨通过不同的印刷方式粘附在纤维上，而不同的印刷方式会导致脱墨易程度不同，根据不同的油墨及印刷方式不同，选择合适的废纸脱墨工艺20，印刷油墨的几种印刷方法大致可以分为以下几种：1）丝网印刷：用丝网作为版基，制造出带有图文的丝网印版，通过利用丝网印版，油墨可以通过图文部分的网孔透过，非图文部分网孔不能使油墨透过。2）凹版印刷：属于直接印刷，印版图文部分凹下且深浅不同，空白部分凸起并在同一平面上21。3）凸版印刷：空白部分低于图文部分，且处于同一半径的弧面上，并在图文部分涂布油墨，通过压力作用，使图文印

26、迹转移到承印物表面的印刷方法。4）平版印刷（胶版印刷）：图文和空白几乎在同一平面上差别微乎其微。 利用油、水互不相溶的原理，使图文部分亲油，非图文部分亲水。1.4.3脱墨技术分类1）洗涤法脱墨技术中有一种非常古老但使用却是最广的方法就是洗涤法。其方法是对纸浆油墨、污物粒子的一种机械过程,洗涤效果的好坏与油墨污物粒子大小和分散性有关，洗涤法主要通过筛板或筛网利用水将夹带的油墨颗粒洗去。因此洗涤法要求油墨的颗粒越小越好,使用范围为颗粒小于10m,直径在5m以下除去效果最好。2）浮选法浮选法其原理是利用了矿业选矿的原理，利用不同组分的油墨拥有不同的润湿性的原理达到去墨的效果，油墨颗粒因润湿性差,吸附

27、在空气泡而随着上浮到液面分离去除。油墨粒子大小尽量处于10100m的范围内, 油墨颗粒大小与空气泡的大小之间的比例一般以1:5最为理想22。并要求除去的油墨尽可能的不再附着于纤维上，同时控制纸浆不要附着在汽泡上。3）中性脱墨中性脱墨条件与碱性条件脱墨差不多,表面对表面活性剂有吸收效果，是因为油墨与纤维之间的界面表面张力减小，表面活性剂渗透到其中，在外力机械洗涤与表面活性剂两种条件作用下脱除油墨。在中性条件下脱墨,对油墨进行选择性的分散，使之达到良好浮选和洗涤效果所需要的粒度大小，而不至于使油墨分散，中性环境中,可以利用机械的方法将胶黏物除去，从而增强浆料的品质。另外中性脱墨的方法可以不用或少用

28、pH调节剂,降低了纸浆滤水性能的波动。4）酶脱墨法生物酶脱墨是利用纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶和脂肪酶等几种酶相结合作用使油墨从纤维表面除去的过程22。生物酶能够使油墨和固着油墨的纤维素纤维水解和降解达到分离的作用，酶的处理使纤维之间的结合力下降，加强了微细纤维或去除了单根纤维表面的微细纤维。另外纤维表面有一些与水有较大亲和力但又不能形成氢键的细小分子可以利用酶法除去或者起到聚合物助留剂的作用,使浆-水间的作用降低或通过去除纤维和细小组分可以使纸浆变的有更好的滤水性,还能够提升油墨粒子的疏水性,使油墨更易脱离并分散到悬浮液中。生物酶脱墨的方法应用的面广,化学品消耗少或能够做到不用化学品,对环

29、境无污染,从而减少能耗,并且能够使生产的再生浆白度提高,强度增大,浆料的滤水性变得更好。1.4.4脱墨特点生物酶是一种来自于自然界对环境友好、无毒的生物催化剂，它产生于生物体中拥有专一、高效和低反应条件等特性，其本质是蛋白质。生物酶已被公认为是在造纸工业应用中符合达到对绿色环保要求的生产工艺，其不光能使二次纤维的性能得到增强和改善，同时也因其用量少、无毒无害和无污染而对保护生态环境有利。许多企业在应用生物酶脱墨技术中普遍都感觉到：酶法脱墨技术在直接减少脱墨成本的同时，综合成本的优势非常突出；化学品用量小，脱墨条件温和，纤维损失少，纤维特性维持适当；能明显增强纸张强度和增强纸浆得率；同时在脱墨的

30、过程中也能对胶粘物问题进行处理，使纸机运行效率提升；因不用或少用硅酸钠、烧碱等化学品，可防止管道、浆箱等设备结垢；另外，能大幅度降低污水COD和BOD，有利于环保，减轻污水处理负荷。1.5生物酶脱墨技术的机理及常用生物脱墨酶简介近二十年来,生化酶在制浆造纸工业中的应用技术得到了广泛的研究开发,其中最有前途的应用领域是废纸脱墨和纸浆漂白过程。已有许多学者研究了采用多种酶进行脱墨处理,包括纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶、木聚糖酶和脂肪酶23。1.5.1生物酶脱墨技术的机理废纸酶法脱墨技术是指利用生物酶替代化学药品来对废纸进行处理, 让纤维表面的油墨粒子游离出来, 之后用传统的脱墨工艺对油墨进行分离。

31、 生物酶脱墨剂的脱墨机理24是: 其能自主的优先选择先作用于纤维和油墨的之间的接触面，让油墨在纤维表面产生连接松动，在适当的机械条件作用下，使油墨从纤维表面除去。生物酶脱墨剂是一种专门用于对杂志纸、新闻纸和书刊纸等废旧纸脱墨的最领先的转基因技术研制而生产的高效复合酶制剂，拥有活性高、用量小、脱墨效果好、反应快和作用时间短等特点。因此生物酶具有良好发展前景。其脱墨机理示意图见下图 1-2。图1-2 生物酶脱墨机理示意图1.5.2 常用生物脱墨酶在生物酶脱墨工艺试验中常用的酶制剂有纤维素酶、半纤维素酶、淀粉酶、脂肪酶、果胶酶和漆酶等25。纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、漆酶和和淀粉酶这几中酶都是从回

32、收纤维中所含有的成分来出发，出发点是利用酶的高效专一性来直接作用在纤维中的某些具体成分，来降低纤维与油墨之间的连接，达到净化分离纤维的目的，而脂肪酶是与油墨直接发生作用，使其润湿、分解退色而脱落，与纸张中的纤维分离。 到目前为止，在所有酶法脱墨技术的研究中，纤维素酶和半纤维素酶是研究使用率最多的。1） 纤维素酶及其酶系纤维素酶很多是含有半纤维素酶与多种纤维素酶组分的商品酶制剂，也有利用纯的内切纤维素酶等。纤维素酶是一种水解酶类，它能够起到催化纤维素和它的衍生物水解的反应。而普遍认同纤维素酶只降解纤维的无定形区或是细小纤维，从而提高纤维的滤水特性，并达到脱墨的效果， 一般其不能够降解纤维素的结晶

33、区。现在对脱墨的研究中，纤维素酶已大量的被应用于废旧书刊杂志纸(OMG)、办公废纸、彩色胶印新闻纸、废新闻纸(ONP)、激光和静电复印纸等的脱墨，生产品质更高的纸浆。2） 半纤维素酶半纤维素酶分为半纤维素外切酶和半纤维素内切酶。半纤维素内切酶能使半纤维素的内键随机断裂，其拥有很多的种类， 各自对不同糖的主链具有专一性。水解半纤维素链的非还原端是使用半纤维素内切酶系统。用于不同类型废纸的脱墨（如旧报纸、混合办公废纸等）可以利用半纤维素酶与纤维素酶的混合体系，与统统的化学方法脱墨相比而言，酶法脱墨后的纸浆能更好的改进纸张的光学与强度性能。3）脂肪酶、淀粉酶、果胶酶脂肪酶主要是来自于放线菌，它能够使

34、植物油基印刷油墨中所含的连结料或树脂部分水解，就是对油基油墨的载体进行处理，促成油墨自离开纤维表面，进而对提升废纸脱墨效率具有一定的可行性。脂肪酶对静电复印纸的脱墨已有应用，对黄豆油基油墨印刷的废纸进行处理，来达到对脱墨效果的改善。漆酶、淀粉酶和果胶酶的应用与其他酶相比较少。淀粉酶主要用于分解废纸体系中含有的表面施胶剂和湿部添加剂，提高静电复印纸和激光打印纸等的脱墨效果，果胶酶的使用是为了清除废纸回收体系中大量存在的胶黏物，对生产设备的运行性改善。4） 漆酶漆酶是一种能够对木素进行降解的酶，能够通过氧化降解纸浆表面的木素来达到去除纸浆油墨的目的。漆酶的脱墨作用效果和纸浆纤维中残存木素的部分降解

35、有一定的关系，漆酶通过使纤维降解残存的木素而引发剥皮作用。 剥皮作用削弱了表面微纤维相互之间的结合, 增加了这些微纤维的自由度， 可使纤维表面更光滑，油墨的暴露程度更大，因此墨粉很容易在这些纤维发生分离时被脱除掉。1.6酶法脱墨在废纸浆中的应用1.6.1单酶在废纸脱墨中的应用如今，随着森林资源的日趋减少，人们对坏境保护的要求也越来越高，在脱墨技术的快速发展的今天，逐渐有了更先进的废纸脱墨工艺和设备，这为废纸脱墨的工业应用奠定了坚实的基础。将油墨从脱墨浆中分离出去采用的方法为洗涤法和浮选法。洗涤法是较早使用的方法，通过水反复冲洗浆料达到脱墨的目的，洗涤法除去的主要是直径介于 1-10m 的油墨粒

36、子，洗涤法的缺点在于除将油墨粒子除去之外，还将大量细小纤维和填料除去，且耗水量大，脱墨废水处理困难。而浮选法脱墨应用则相对较为广泛，TheodoreJ.Heindel等人的实验结果指出，浮选法脱墨过程可分为下列四步微处理：（1）分散的油墨颗粒慢慢靠近空气泡；（2）油墨颗粒在气泡表面滑动并吸附在上面；（3）油墨颗粒、气泡及液体三相接触，达到平衡状态；（4）油墨颗粒和气泡形成稳定结合, 直到浮选除去。浮选法脱墨对直径介于 10-100m 的油墨粒子效果明显。另外浮选温度，浮选时间和浓度对脱墨效果也有一定的影响。浮选法对设备的要求较高，且成本较洗涤法较大。本章主要考察淀粉酶和木聚糖酶对铜版纸的脱墨能

37、力，通过浆浓，酶用量，反应时间以及酶反应温度的选择四种因素探讨对脱墨浆白度，ERIC 的影响，最终确定单酶脱墨的最佳工艺条件。1.6.2脱墨酶的复配以及在废纸脱墨中的应用通常，在废纸脱墨过程中会使用脱墨助剂，脱墨助剂是高效脱墨必不可少的组分，脱墨助剂在脱墨过程中具有多种功能，如渗透、分散、起泡等作用。脱墨助剂在本质上属于表面活性剂，能在液体中溶解分散，并能与从纤维上分离的油墨吸附，使油墨粒子在浆料悬浮液中呈分散状态。表面活性剂应用广泛，不仅在废纸脱墨过程中应用，在制浆和造纸工业中，在蒸煮、造纸湿部、表面施胶和涂布、废纸脱墨以及造纸废水处理等工序都要使用到表面活性剂26。在废纸脱墨过程中，洗涤法

38、对气泡要求不高，在脱墨过程形成的悬浮液体系中，吸附在纤维上的油墨对脱墨助剂更具亲和性，脱墨助剂将其捕捉并保持着分散状态，使脱落下的油墨难以再吸附到纤维上27。在浮选法废纸脱墨过程中，表面活性剂通过改变油墨的表面活性，产生一定量的泡沫，同时使从纤维上脱离的油墨粒子聚集在一起形成粒径 10-150m 的憎水性颗粒，并附聚在气泡上，浮至液体表面。因此，要求表面活性剂起泡性强、捕集性强；分离的油墨粒子都是借助泡沫上浮然后依靠机械作用排除的，所以产生数量多且稳定性较好的泡沫是提高脱墨效率的关键28,29。非离子表面活性剂的优点在于其胶束具有较大的聚集数，并且拥有较低的临界胶束浓度，故非离子表面活性剂的增

39、溶能力较大，因此非离子表面活性剂如聚氧乙烯等在洗涤法脱墨中常被用作为脱墨剂。阴离子表面活性剂具有很好的去油污性能和起泡性，而且其乳化能力，分散油墨能力较强，并且具有很强的渗透和捕捉油墨能力。所以浮选法中多选用阴离子表面活性剂，所以脱墨助剂一般是阴离子表面活性剂和非离子型表面活性剂。造纸工业能耗较高，且污染严重，尤其是水污染。废纸脱墨产生的废水主要来源于碎浆、洗涤和浮选等过程，且所产废水量大，并且脱墨废水中含大量化学试剂，油墨颗粒以及细小纤维等杂质，传统的化学法脱墨过程中加入了大量化学药品如氢氧化钠等，不仅对纸张性能造成一定影响，而且对给废水处理带来了很大的困难，大量化学品导致的高 pH 以及高

40、 COD 使得环境问题难以保证30，酶法脱墨不仅能改善纸张的物理性能，而且大大减少了脱墨化学品的用量，易于废水的进一步处理。1.6.3影响酶法脱墨的因素脱墨过程中，利用生物酶专一性特点，使其有目的的进攻油墨或纤维表面，使纤维素大分子应力点遭到破坏，改变纤维表面与油墨粒子附近的连接键，在机械外力的作用下使油墨与纤维分离。影响生物酶脱墨效果的因素有很多，例如废纸的种类、油墨的组成、油墨的印刷方式、添加的生物酶的种类和多少、脱墨条件等因素都会对酶脱墨效果造成影响，单从酶法脱墨条件来说，酶的用量、浆浓、温度以及 pH 和表面活性剂的选择等都会对脱墨效果有影响。生物酶是具有生物活性的蛋白质大分子化合物，

41、需要在合适的条件下才能有效地发挥它的作用，因此需要对其最优工作条件进行研究，提高其在脱墨中的作用，要考虑需要添加哪种酶类，该种酶用量及其作用时的温度和 pH 都是要考虑的因素。另外，碎浆过程中浆料浓度，碎浆时间，温度以及浮选过程中的浮选温度，浮选时间以及浮选浓度，洗涤过程中的洗涤时间及力度都会对废纸脱墨效果有一定的影响。1.6.4废纸脱墨效果的评价方法评价废纸脱墨效果的参数有白度，ERIC（有效残余油墨值）以及得率和纸张物理性能等参数。这些参数从客观上反映了废纸脱墨效率的高低。1）白度白度是评测脱墨浆脱墨效果最直观的参数，测定纸张白度主要有两种方法:TAPPI法和ISO法，TAPPI法和ISO

42、法都是通过测定 457nm处纸样的反射率来检测纸张白度，其基本原理相同31。2）有效残余油墨浓度（ERIC）残油油墨会严重影响成纸的白度和色泽，为脱墨效果评价不可缺少的参数。根据油墨颗粒的大小，可将残余油墨分为以下三类：（1）可见油墨，直径大于 150 m；（2）亚可见油墨，直径介于 100 m 到 150 m；（3）不可见油墨，直径小于 100 m。ERIC 检测常用的方法为红外反射光谱测定法，该测定法原理是利用木素及常用的染料在近红外区基本不产生吸收，而残余油墨在近红外区具有很高的光吸收系数，故可采用红外光光谱反射测定法作为检查残油油墨浓度的一种方法。不过红外反射光谱测定法测定的只是试样表

43、面的油墨，而位于试样内部的油墨不能检测出来。3）脱墨得率由于脱墨浆得率会直接影响到纸张产量，故为计算生产成本必不可少的参数，脱墨浆得率计算如下：得率（%）=(1-除去的固体物质质量/加入的废纸总质量)*1001.7本课题主要研究内容通过对淀粉酶和木聚糖酶两种单酶和两种酶复配后作用于铜版纸名片的脱墨。1、确定淀粉酶和木聚糖酶最佳脱墨条件：以铜版纸为原料，在实验室已有工艺基础上，对影响其脱墨效果的酶温度、酶的用量和反应时间等参数进行优化，确定淀粉酶和木聚糖酶最佳作用条件，为后续酶的复配奠定基础。2、淀粉酶和木聚糖酶的复配：在已有的淀粉酶和木聚糖酶最佳脱墨工艺基础上，对此两种不同类型的酶进行复配，由

44、于淀粉酶脱墨效果优于木聚糖酶，故复配以淀粉酶为主，通过确定淀粉酶和木聚糖酶的复配比例，不同脱墨助剂与淀粉酶和木聚糖酶协同脱墨作用，获得比单酶脱墨效果更好的复合酶淀粉酶和木聚糖酶。2 废纸脱墨实验本实验的主要目的是以名片纸为原料，研究淀粉酶和木聚糖酶单种酶和复配后对纸浆脱墨效果的影响，优化出酶法脱墨的最佳条件，最后测量抄纸的白度和残留油墨量。单种酶脱墨采用单因素实验，复配采用三因素五水平的正交实验法来处理数据。2.1 实验材料及设备2.1.1 实验材料表2-1 主要实验材料实验材料型号厂家名片纸300g的铜版纸小型印刷社淀粉酶2000U/g邢台万达生物工程有限公司木聚糖酶50000U/g河南仰韶

45、生化工程有限公司2.1.2 主要仪器表2-2 主要实验仪器主要仪器型号厂家打浆机九阳网框40目/时浙江上虞市华丰五金仪器有限公司烧杯500ml蜀牛烘干箱WGL-65B电子秤JY-102上海浦春计量仪器有限公司电煮锅KL-DZG200佛山市顺德区欧点电器有限公司水浴锅DFD-700TAISITE白度颜色测定仪YQ-Z-48A杭州轻通仪器开发公司温度计150光学显微镜2.2 实验方法2.2.1实验流程制备纸浆使用酶处理水浴加热洗涤抄纸烘干成纸测量白度测量油墨残余量1）准备纸浆材料将名片撕成小片，称取4g放入烧杯，加入200ml水，称取0.04g氢氧化钠加入烧杯，之后倒入打浆机中，打浆时间约为5mi

46、n。碎浆过程中每1min 手动搅拌一次，以避免碎浆机内存在死角，纤维疏解后倒回烧杯。2）加酶处理废纸浆与酶液在烧杯中充分混匀后置于恒温水浴中加热，每10min揉搓一次，使浆料与酶液混合均匀。至一定时间后取出。根据酶的性质，确定实验中酶处理条件为温度30，40，50，60，70；酶用量0.5%，1%，1.5%，2%，2.5%；反应时间20min，30min，40min，50min，60min，做淀粉酶和木聚糖酶单因素的实验。实验后确定温度，其他因素不变，加入淀粉酶和木聚糖酶的比例为4:1,3:2，1:1,2:3,1:4，对淀粉酶和木聚糖酶复配的脱墨最佳条件进行研究。3）抄纸在水浴锅反应到设定的时

47、间后取出，将纸浆倒入网框中，用洗涤的方法对酶液进行冲洗至完全洗干净后，再将网框放入盛有水的盆中，使用铁勺辅助纸浆在网框上铺平。4）烘干成纸将抄造好纸的网框放入烘干箱中调节好温度，等待大约1h后取出观察纸张是否已干。在纸浆快要干时用镊子将纸从网框中取出。5）白度的测定白度是以测量波长在380-510nm为中心的光波照射在试样上的反射值来衡量纸张的白度。国际上主要有两种测量方式，分别为ISO亮度和APPI亮度。二者的主要区别是测量角度，试样的大小和仪器的准确度的不同。白度测量仪是利用积分球来实现绝对光谱漫反射率的测量，由卤钨灯发出的光线，经聚光镜和滤色片呈蓝紫色光线，进入积分球，光线在积分球内壁漫

48、反射后，照射在测试口的试样上，由试样反射的光线经聚光镜、光栏滤色片组后由硅光电池接收，转换成电信号。另有一路硅光电池接收球体内的基底信号。两路电信号分别放大，混合处理，测定结果。白度测量仪的使用方法：将所要测量的纸张放在仪器上夹住，首先清零，然后按下测量按钮，屏幕上出现了一个白度值，然后将纸浆旋转一个角度，再测量，同样的方法测量5次，然后按下平均值按钮，就出现了这个纸张的白度的平均值，记录数据。6）残余油墨量的测定将光学显微镜与电脑连接，再将所测量的纸张放在光学显微镜下，调节显微镜的焦距，对纸张中的纤维捕捉保存，每张纸选5个点测量，测量完后，用PS对图片进行处理，算出残余油墨量。2.2.2实验

49、分组设计在废纸脱墨的实验过程中，反应温度，酶用量，反应时间等都会对废纸脱墨产生影响，因此，对这几种因素研究得出淀粉酶和木聚糖酶单独作用和复配后脱墨的最佳工艺条件。表2-3 淀粉酶单因素实验表实验编号因素A因素B因素C 反应温度（） 酶用量（%） 反应时间（min）1301302401303501304601305701306500.5307501.5308502309502.5301050120115014012501501350160注：绝干纸浆的质量为4g表2-4 木聚糖酶单因素实验表实验编号因素A因素B因素C反应温度（） 酶用量（%） 反应时间（min）13013024013035013

50、04601305701306500.5307501.5308502309502.5301050120115014012501501350160表2-5淀粉酶和木聚糖酶复配的正交实验表实验编号因素A因素B因素C 酶用量（%） 淀粉酶：木聚糖酶反应时间（min）10.54:12020.53:24030.51:16040.52:33050.51:450614:160713:230811:150912:3201011:440111.54:150121.53:220表2-5淀粉酶和木聚糖酶复配的正交实验表（续）131.51:140141.52:360151.51:4301624:1401723:2601

51、821:1301922:3502021:420212.54:130222.53:25023241:12:31:42040603 实验结果与讨论3.1 实验数据分析3.1.1 淀粉酶的实验分析使用淀粉酶对废纸进行脱墨，得到各组实验的白度值和残余油墨量如表5-1。表3-1 淀粉酶处理的单因素实验结果因素A因素B因素C白度油墨残留量实验编号反应温度（）酶用量（%）反应时间（min）（%ISO）(mm2.g-1)13013071.9826.5224013072.6816.3735013071.2412.2646013069.1917.6057013069.5427.686500.53069.3425.

52、777501.53071.7414.3085023071.7713.799502.53070.2421.06105012070.6624.35115014072.3211.52125015071.8914.93135016071.0819.631）温度对脱墨效果的影响本实验控制条件如下：原料名片纸，碎浆时间 5min，不添加脱墨助剂，酶用量1%，水浴加热时间30min中，温度设为30、40、50、60、70，实验结果如图 3-1所示。从图3-1可以看出，对于温度对淀粉酶脱墨的影响，随着温度的上升，脱墨浆白度先升高后降低，残余油墨量先减少后增加。当温度为50时，白度和残余油墨量达到最佳值，脱墨效

53、果最佳。2）酶用量对脱墨效果的影响本实验控制条件如下：原料名片纸，碎浆时间 5min，不添加脱墨助剂，水浴加热时间30min中，温度为50，酶用量设为0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%，实验结果如图3-2所示。图3-2揭示了酶用量对淀粉酶脱墨的影响。由图3-2可以看出淀粉酶用量增加会提高白度和降低残留油墨量，但当酶用量超过2%时，脱墨浆的质量明显下降，因此根据图3-2得出酶用量在1%时最佳。3） 反应时间对脱墨效果的影响本实验控制条件如下：原料名片纸，碎浆时间 5min，不添加脱墨助剂，温度为50，酶用量为1%，水浴加热反应时间设为20min、30 min、40 min、50 min、6

54、0 min，实验结果如图3-3所示。水浴反应时间对淀粉酶脱墨的影响见图3-3。随着反应时间的增加，脱墨浆的白度先上升当达到40min时白度开始下降达，而残余油墨量也随着时间的增加先下降当达到40min时开始上升，因此对淀粉酶反应时间取40min较为适宜。3.1.2 木聚糖酶的实验分析使用木聚糖酶对废纸进行脱墨，得到各组实验的白度值和残余油墨量如表3-2。表3-2 木聚糖酶处理的单因素实验结果因素A因素B因素C白度油墨残留量实验编号反应温度（）酶用量（%）反应时间（min）（%ISO）(mm2.g-1)13013072.6324.8624013069.4315.0335013068.6614.8

55、846013067.4016.7357013069.4523.026500.53070.7325.017501.53068.1415.93表3-2 木聚糖酶处理的单因素实验结果（续）85023070.3711.419502.53069.84209821.58115014071.7810.57125015071.8511.69135016072.7819.981）温度对脱墨效果的影响本实验控制条件如下：原料名片纸，碎浆时间 5min，不添加脱墨助剂，酶用量1%，水浴加热时间30min中，温度设为30、40、50、60、70，实验结果如图3-4所示。从图3-4可以看出，对

56、于温度对木聚糖酶的影响，随着温度的上升，脱墨浆白度先升高后降低，残余油墨量先减少后有所增加。当温度为50时，白度和残余油墨量达到最佳值，脱墨效果最佳。2）酶用量对脱墨效果的影响本实验控制条件如下：原料名片纸，碎浆时间 5min，不添加脱墨助剂，水浴加热时间30min中，温度为50，酶用量设为0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%，实验结果如图5所示。图3-5揭示了酶用量对木聚糖酶脱墨的影响。随着木聚糖酶用量的增加脱墨浆的白度先先下降后上升但变化幅度不大，残余油墨量先下降而后上升，从成本和节约资源角度看，酶用量最佳为1%。3）反应时间对脱墨效果的影响本实验控制条件如下：原料名片纸，碎浆时间 5

57、min，不添加脱墨助剂，温度为50，酶用量为1%，水浴加热反应时间设为20min、30 min、40 min、50 min、60 min，实验结果如图3-6所示。水浴反应时间对木聚糖酶脱墨的影响见图3-6。随着水浴时间的增加，脱墨浆白度整体呈上升趋势，而残余油墨量先下降后上升，由图3-6表明水浴反应时间40min时白度和残余油墨量达到最佳值，因此对木聚糖酶反应时间取40min较为适宜。3.1.3 淀粉酶和木聚糖酶复配的实验分析使用淀粉酶和木聚糖酶按一定比例对废纸进行脱墨，得到各组实验的白度值和残余油墨量如表3-3。表3-3 淀粉酶和木聚糖酶处理的正交实验结果实验编号因素A因素B因素C白度残余油

58、墨量酶用量（%）淀粉酶：木聚糖酶反应时间（min）（%ISO）(mm2.g-1)10.54:12072.6114.9920.53:24072.6812.7930.51:16072.717.2740.52：33070.0610.4850.51:45072.879.89614:16072.5511.42713:23072.511.79811:15068.442.73912:32072.2713.791011:44072.3011.7111.54:15072.578.28121.53:22072.191.64131.51:14068.4711.06141.52:36071.6411.41151.51

59、:43071.404.091624:14067.024.211723:26071.5112.981821:13068.515.451922:35067.245.982021:42068.859.26212.54:13072.8414.452223242.53:21:12:31:45020406072.9471.4472.3170.2311.1513.3410.449.9表3-3 淀粉酶和木聚糖酶处理的正交实验结果（续）K1K2K3K4K5R11.0848.287.2967.57611.8564.5610.676.5589.47610.428.9684.11210.6048.75210.047.

60、6069.092.998由表3-3可以看出，使用淀粉酶和木聚糖酶复配脱墨时，因素主次为ABC，即酶用量淀粉酶和木聚糖酶比例反应时间；最优方案为酶用量1.5%，反应时间50min，淀粉酶和木聚糖酶的比例是3:2，实验固定反应温度50。1）酶用量对脱墨的影响分别选取3:2，1:1，2:3时淀粉酶和木聚糖酶不同比例的残余油墨量，研究酶用量对脱墨的影响，如表3-4所示。表3-4酶用量对脱墨的影响淀粉酶和木聚糖酶复配比例酶用量（%）白度（%ISO）残余油墨量（mm2.g-1）原浆68.0837.933:20.572.6812.79172.511.761.572.191.64271.515.452.572