木聚糖酶辅助低温漂浮技术研究进展

木聚糖酶辅助低温漂浮技术研究进展

由于含有氯漂白废水的有机氯化合物中有许多毒性、致动性和突发性因素，人们一直在寻找更好的表面活性剂和表面活性剂。近年来，生物漂白的发展越来越快。1986年Vikari等首次报道了用木聚糖酶预处理松木和桦木硫酸盐浆,能改善其漂白性能,减少氯气的用量,提高纸浆的白度,随后有更多的学者开始了这个领域的研究,本文主要介绍桉木硫酸盐浆木聚糖酶漂白的一些研究情况。1木聚糖酶漂染剂木聚糖酶是能催化降解木聚糖的半纤维素,它主要包括三类:内切-β-聚木糖酶,外切-β-聚木糖酶,β-木糖苷酶。能够产生聚木糖酶的微生物非常广泛,包括许多真菌、细菌等,世界上也有很多厂家生产商品用酶。木聚糖酶漂白机理有如下三种解释:木聚糖酶降解木聚糖的同时破坏了LCC联接,从而有利于这部分木素的脱除;由于被纤维吸回的木聚糖具有保护残余木素免受化学品进攻的作用,因此木聚糖酶通过水解部分被吸回的木聚糖可使残余木素暴露出来,使得化学药品容易与残余木素发生作用,从而达到脱木素的目的;酶通过降解纸浆纤维中的半维素,使纤维细胞壁变得疏松,从而使木素容易抽提出来。2酶的最适条件酶是具有专一催化性质的蛋白质,对环境条件有一定的要求,也就是说每一种酶都有其特定的最适环境条件。影响桉木硫酸盐浆木聚糖酶辅助漂白的因素有酶源、酶的用量、处理的温度、时间、pH值、浆浓、以及药品与纸浆的混合均匀程度。2.1木聚糖酶处理目前已有十几种商品木聚糖酶应用于纸浆辅助漂白,不同品名的木聚糖酶特性有所不同,有些木聚糖酶制品中含有纤维素酶的活性,若纤维素酶的活性过高,会在酶处理过程中引起纸浆黏度和纤维强度的下降。因此必须合理选择酶源。2.2不同木聚糖的酶用量为了获得最佳酶处理的效果,酶的用量必须进行最优化选择,由于不同浆种的化学组成尤其是木聚糖含量不同,因此酶的用量往往与浆种有关,阔叶木浆的聚糖含量比针叶木浆含量高,桉木硫酸盐浆的木聚糖含量比马尾松浆高,且此木聚糖更易可及,故酶的用量较少,pH值较高和温度较高的情况下,具有较高活性的木聚糖酶的用量就比普通的木聚糖酶用量少。浆浓过低所需酶用量也要相应增加。2.3真菌木聚糖酶不同木聚糖酶适用的pH范围不一样,甚至相差较大。一般真菌木聚糖酶在酸性条件下酶活性较高,通常pH值4~6,而细菌木聚糖酶的pH高一些,通常为6~9。大多数木聚糖酶最佳pH值为5~6。2.4缩短反应时间木聚糖酶的活性与温度有关,温度升高可以加快反应速度,缩短反应时间。温度过高或过低,酶的相对活性均降低,必须控制好温度,一般当pH值调至9以下时,选用的温度大致在50~55℃。2.5酶用量对反应时间的影响在给定温度下,获得最佳的漂白预处理效果,其反应时间与酶用量成反比,一般来说,反应时间控制在60min或更长一些,但发现超过120min已没有太大的实际意义。2.6浆浓度浆的浓度对酶处理效果影响较小,但纸浆浓度过高,酶处理的效果往往会变差,一般浆浓为10%~15%。2.7砂浆和酶的混合浆与酶均匀混合十分重要,如果混合得好,不但酶处理的效果较好,而且酶的用量会较少。3桉木硫酸浆木聚糖酶系统成分在工厂中的应用关于桉木硫酸盐浆木聚糖酶漂白效果,很多的学者都进行了研究,也得到了很多结论,并且有一些具体的桉木硫酸盐浆木聚糖酶漂白的工艺流程已经在工厂中得到应用,如OPEn、OEnD/CE0D、EnCEHH等。3.1未漂n液-木硫酸浆的制备为了实现无氯漂白(TCF),可采取氧漂(O)和过氧化氢漂(P)与酶处理(En)相结合的方法。氧预漂的主要作用是脱木素,它可以代替C段作无氯漂白的首段。过氧化氢漂白可以使用常规设备,在常压下操作,而且与氧相比,它易溶于水,使用方便。它在漂白中只改变木素中发色基团而不破坏木素结构,因此它常作为“表面”漂白剂用于机械浆的漂白或用于化学浆多段漂白的终漂。具体的工艺参数是未漂桉木硫酸盐浆的白度33.9%,聚木糖酶为An-76(用量为20IU/g浆),浆浓10%,温度45℃,时间3h,pH值4.5(可加50mm醋酸钠缓冲溶液调节),漂白结果见表1。结果分析:采用聚木糖酶An-76处理后,纸浆的黏度和卡伯值有所降低,但白度却从原来的69.0%上升到了73.2%,提高了4.2%,这样为后续漂白提高了可漂性。3.2木片木素氧漂单采前塔詹怀宇等对桉木硫酸盐浆的OD/CEoD加木聚糖酶辅助漂白进行了试验,具体采用商品名为PulpzymeHC的木聚糖酶,酶活是1000AXU/g,用量是0.0315%(对绝干浆),pH值8.0~9.5,温度为50~55℃,时间90~120min,浆的浓度10%。未用酶之前的具体漂白流程是:木片→硫酸盐法蒸煮→三段逆流洗涤(1#、2#、3#、洗浆机)→1#双辊挤压机→筛选、净化、浓缩→氧脱木素→洗涤(4#洗浆机)→2#双辊挤压机→漂前塔→D/C段漂白→洗涤(5#洗浆机)→Eo段→洗涤(6#洗浆机)→D段漂白→洗涤(7#洗浆机)→浆板机→浆板,白度稳定在87%~88%ISO。在2#双辊挤压机的出口有一螺旋输送器,经调节pH值后,在螺旋输送器的出口处加酶,再用浆泵送至漂前塔,由于有浆泵的混和作用,使纸浆与所加酸和酶的混和比较均匀。试验结果表明:漂至相同白度情况,在氧脱木素之后加酶比不加酶的漂白工艺能减少Cl2用量的6.91%~13.58%,ClO2用量减少11.05%~21.69%,这样废水的污染负荷(尤其是有机氯化物的含量)减少了,相应地漂白废水处理的成本也会降低。3.3桉木硫酸盐浆cehh氧漂单因素试验由于传统的漂白工艺现在仍然有很多工厂在应用,因此如何在原有的基础上改进工艺,使白度提高,并且污染负荷减少,成为众多研究者关心的课题。Bajpai等对桉木硫酸盐浆CEHH漂白作了聚木糖酶辅助漂白的研究,得到了不错的效果。酶为商品用酶PulpzymeHA,酶活是500XYU/kg,浆浓10%,pH值5.5,时间120min,温度50℃,在此条件下进行对比试验。结果发现用酶漂后,减少了31%的用氯量(在C段),总有机氯减少了30%,而白度和主要的物理强度几乎没有什么变化,浆的得率略下降。4木素活化剂活化如果采用一般的漂白工艺(如OEnP三段漂),想把桉木硫酸盐浆漂白到高白度比较困难,为了得到高白度的全漂浆可以采用以下两种途径:一是利用聚木糖酶和木素酶进行复合处理,二是加入一种少量的木素活化剂(X)进行活化处理,如可以采用OEnPX、OEnXP漂序,王伟等在这个方面作了研究。研究表明,经木素活化剂活化处理后,纸浆中的木素含量降低,残余木素中的羰基和酚羟基增多,提高了木素的反应性能,因而有利于后续漂段的脱除和纸浆白度的提高。试验数据见表2。可见,聚木糖酶和木素活化剂的加入能大大提高纸浆漂白的白度,关键是在生产中找到合适的配比和比较完善的工艺条件,这样才能达到最优化的目的。5木聚糖酶系统优化生物技术在制浆造纸工业中的应用越来越广泛,其中一个最有前途的技术就是生物技术在纸浆漂白中的应用。桉木硫酸盐浆木聚糖酶辅助漂白(或预处理)在很大程度上提高了纸浆的白度,或在达到相同白度的情况下,相应减少了有效氯等化学试剂的用量,从而降低了漂白废水的污染负荷,而经过木聚糖酶处理的纸浆质量与不加木聚糖酶的常规漂白浆质量几乎相同,无多大负面影响,通过进一步优化,如提高浓度、温度,增加浆塔液位等可使酶用量下降,使木聚糖酶漂白技术在经济上有更为明显的优越性,它作为含氧脱木素的正规漂白流程中的一段,在漂白浆的生产中极具推广和使用价值。利用木聚糖酶辅助漂白(预处理