桉木硫酸盐浆漆酶天然介体漂浮性能研究

桉木硫酸盐浆漆酶天然介体漂浮性能研究

随着科学技术的发展和社会的进步，人们越来越关注造纸行业的污染，采取了几种措施，以减少浪费造成的污染。采用ECF和TCF漂白,造纸厂污染负荷大大降低。然而,ECF漂白仍然有一些缺点。ECF漂白成本较高,同时仍然产生一定的有机氯化物(AOX)。漆酶/介体体系(Laccase-MediatorSystem)漂白能改进浆料质量,并且减少环境污染,具有潜在的应用前景。1-羟基苯并三唑(HBT)和2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐(ABTS)最早应用于漆酶/介体漂白的体系中。漆酶/介体体系的漂白机理得到了进一步的研究。合成介体用于漆酶介体体系效果较好,但是价格相对较高,难以工业化应用,同时会导致环境二次污染。研究发现一些植物酚类小分子可以用做漆酶漂白介体,可以获得和合成介体相近的结果。天然介体是一类小分子酚类化合物,它可以从自然界植物获得,并且没有毒性。本实验中,对桉木硫酸盐浆采用了LQP和D0(EOP)D1漂白。HBT和8种不同的酚类物质,即香草醛,香草酸,丁香醛,丁香酸,对羟基苯甲醛,对羟基苯甲酸,乙酰丁香酮,阿魏酸作为天然介体用于漆酶漂白。对8种天然介体的性能进行了评价,并且比较了纸浆性质和漂白废水污染负荷。同时分析了浆中的己烯糖醛酸含量。1原料和方法的实验1.1天然介体的结构漆酶由华南农业大学提供,酶活为150IU/mL,HBT和8种天然介体分别购自Sigma-Aldrich或者上海医药公司,其结构如图1所示。根据我们先前的实验,这8种酚类化合物可从碱法蒸煮黑液所得的碱木素催化湿空气氧化降解而制得。1.2反应时间及氧指数法氧漂系统qp各段d0,d0氧漂a法桉木浆为实验室硫酸盐法蒸煮制得。其卡伯值、白度和黏度分别为12.7,38.4%ISO和760mL/g。浆料分别采用LQP和D0(EOP)D1漂白。L在带电动搅拌的压力反应釜中进行,氧压为0.3MPa,漆酶用量5IU/g浆,介体用量为1.5%(对绝干浆),搅拌转速200r/min,反应温度50℃,反应时间2h,浆浓10%。QP以及D0,D1各段漂白在聚乙烯袋中进行,浆浓均为10%,其他漂白条件如下。Q段:EDTA0.5%,pH5～6,60℃,30min;P段:H2O22%,NaOH2%,MgSO40.05%,90℃,240min。D0有效氯用量为5.0%,70℃,45min;EOP段:NaOH1.8%,H2O20.7%,氧压0.3MPa,70℃,60min;D1段:有效氯用量为2.0%,70℃,240min。1.3uv-c.gc/ms测定卡伯值、白度、黏度及返黄值按参考文献测定;漂白废水的CODCr、BOD5和AOX依据相应的国家标准进行检测。纸浆中己烯糖醛酸的测定采用UV分光光度法测定。精确称取约0.05g绝干的浆样,置于含10mL水解液玻璃试管中,水解液的组成为22mmol/L(0.6%)氯化汞和0.7%醋酸钠。密封试管,摇动使混合均匀。将试管在60～70℃水浴加热30min。溶液冷却后过滤,所得滤液用分光光度计测定260nm和290nm处的UV吸收值,参比液为新鲜水解液。纸浆中己烯糖醛酸含量CHexA(μmol/g)按公式计算:CHexA=0.287×(A260−1.2A290)WCΗexA=0.287×(A260-1.2A290)W式中:A260,A290—滤液在260nm和290nm处的吸收值;V—水解液体积,mL;W—绝干浆质量,g。2结果与讨论2.1d0eopdp的活性经漆酶/介体处理后,纸浆的黏度保持基本不变,但与对照浆样相比,黏度略有提高。除HBT介体处理的浆料外,其余浆样的卡伯值都有增加,白度都有所降低。这是由于部分介体小分子吸附在浆料的表面,会消耗高锰酸钾,使卡伯值变大,而这些小分子酚类都含有发色基团,使得纸浆白度降低。在漆酶介体处理的过程中,残余木素的结构被破坏,易于后续漂段的脱木素。与D0(EOP)D1浆料相比,LQP漂白浆卡伯值较高,大约是D0(EOP)D1漂白浆的2～3倍。同时,丁香醛、丁香酸、对羟基苯甲醛、对羟基苯甲酸和阿魏酸作为天然介体用于漆酶/介体体系能跟漆酶/合成介体体系一样,达到和D0(EOP)D1漂白类似的白度,具体表现在,以阿魏酸、对羟基苯甲酸和对羟基苯甲醛作介体的浆样,其漂后浆白度达到了80%ISO,与空白浆样相比提高了4.2%ISO以上,与HBT作介体的漂白效果相差不大。然而,部分天然酚类,如香兰素、香草酸、乙酰丁香酮作为漆酶介体的漂白效果比HBT稍差一些。2.2漆酶/介体体系的双诱导物系色废水cocdr漂白废水的分析为漂白提供进一步的信息。CODCr、BOD5和AOX是评估废水负荷的主要指标。从图2中可以看出所有的LQP漂序产生废水的CODCr都比D0(EOP)D1废水CODCr低。而所有的小分子酚类作为介体的漆酶漂白的CODCr又都低于合成介体HBT漂白废水的CODCr。其中,以香草醛(V)作为介体的漂白废水CODCr值最小,为52.6kg/t浆,与合成介体HBT漂白废水的CODCr相比,CODCr负荷降低了约27%,与D0(EOP)D1废水CODCr相比降低了33%。漂白废水的BOD5差别较大,有些漆酶/介体体系漂白废水不容易被微生物降解,如丁香酸、对羟基苯甲酸为介体的漆酶/介体体系漂白废水。而另一些漆酶介体漂白废水则相对容易生物降解。以丁香酸作介体的漂白废水的BOD5值为2kg/t浆,仅为空白样BOD5的1/3,为以HBT作介体的废水BOD5的1/5,仅为D0(EOP)D1废水BOD5的1/7。2.3lqp基漂的热稳定性己烯糖醛酸对漂白和漂白浆性质有重要影响。从图3可以看出,经过漂白后,浆中己烯糖醛酸含量比未漂浆低得多。D0(EOP)D1漂白浆中己烯糖醛酸的含量比所有LQP漂白浆的低。从图4可以看出:D0(EOP)D1漂白浆的热稳定性最好,返黄值(P.C值)仅为0.43。所有其它LQP漂白纸浆的返黄值都高于D0(EOP)D1漂白浆,这意味着漆酶/介体漂白浆较易泛黄,这与漆酶/介体漂白浆中的己烯糖醛酸含量比D0(EOP)D1漂白浆高有关。和合成介体HBT相比,除了阿魏酸外,漆酶/天然介体漂白浆都有较低的PC值。其中以乙酰丁香酮、对羟基苯甲酸、丁香酸作为介体的LQP漂白浆的白度稳定性较好,PC值均小于0.8。3漆酶/介体体系LQP应用于桉木硫酸盐浆漂白,可达到和D0(EOP)D1无元素氯漂白相近的白度。结果表明,丁香醛,丁香酸,对羟基苯甲醛,对羟基苯甲酸和阿魏酸作为天然介体用于漆酶/介体体系能和合成介体体系一样,达到和D0(EOP)D1漂白类似的白度,同时漂白废水的污染