新一代脫墨酶生物活性的研究

潘明等

摘要：新一代脫墨酶是已經(jīng)由纖維素酶和木聚糖酶1∶1復(fù)配而成的復(fù)合酶，該酶充分利用兩者的互補(bǔ)作用和協(xié)同效應(yīng)對(duì)廢紙進(jìn)行脫墨從而獲得最佳的脫墨效果。研究主要探索了脫墨酶在不同溫度、pH、碎漿時(shí)間下的脫墨效果；在適宜條件下，利用脫墨酶脫墨和化學(xué)脫墨法脫墨的性能進(jìn)行比較，酶法脫墨與化學(xué)脫墨相比，脫墨效果更好，返黃值較低。

關(guān)鍵詞：脫墨酶；脫墨劑；生物活性

中圖分類號(hào)：TS745 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）29-0013-03

1 概述

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，紙張的使用量迅速上升，與此同時(shí)，廢紙也因此大量的產(chǎn)生，中國(guó)作為世界第二大紙張消費(fèi)國(guó)，2003年紙張的消費(fèi)量為4806萬(wàn)噸，廢紙的回收量保守估計(jì)為1400萬(wàn)噸。由于利用原木造漿造紙消耗大量的木材、破壞生態(tài)環(huán)境，同時(shí)還造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，因此，廢紙的循環(huán)利用已經(jīng)成為現(xiàn)代造紙業(yè)的一大發(fā)展趨勢(shì)。但是，由于近年來(lái)造紙和印刷技術(shù)的改進(jìn)，加大了印刷效果，使得印刷后的紙面與油墨牢固結(jié)合，造成了脫墨的難度大大增加。傳統(tǒng)的脫墨方法采用的是表面活性劑脫墨，但是存在很多弊端，例如脫墨后的成漿細(xì)小纖維顆粒含量高、濾水性能差、纖維的結(jié)合力很低，使得紙物理強(qiáng)度等主要指標(biāo)下降。利用脫墨酶法進(jìn)行脫墨已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外廢紙回收利用的研究重點(diǎn)。

目前發(fā)現(xiàn)能用于脫墨的生物酶主要有纖維素酶、木聚糖酶、脂肪酶、果膠酶、淀粉酶、木質(zhì)素降解酶等。其中脫墨效果好的主要是纖維素酶和木聚糖酶，它們都是以改變油墨粒子附近的纖維表面或連接價(jià)鍵釋放油墨粒子的方式脫墨，纖維素酶的脫墨效果比木聚糖酶好，但是對(duì)纖維的損傷程度更大。本研究采用的新一代脫墨酶是已經(jīng)由纖維素酶和木聚糖酶1∶1復(fù)配而成的復(fù)合酶，該酶充分利用兩者的互補(bǔ)作用和協(xié)同效應(yīng)對(duì)廢紙進(jìn)行脫墨從而獲得最佳的脫墨效果。研究主要探索了脫墨酶在不同溫度、pH、碎漿時(shí)間下的脫墨效果；在適宜條件下，利用脫墨酶脫墨和化學(xué)脫墨法脫墨的性能比較。

2 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

廢紙選用8#新聞紙，原漿白度43.5%，殘留油墨量為48.3%；脫墨酶由濟(jì)南諾能生物工程有限公司提供，化學(xué)脫墨劑采用***公司的國(guó)產(chǎn)脫墨劑（1#）和進(jìn)口脫墨劑（2#）。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 備料：廢紙撕碎后浸泡，疏解至纖維基本解離，擠干、分散后裝入塑料袋中備用。

2.2.2 脫墨酶在不同溫度、pH、碎漿時(shí)間下的脫墨

實(shí)驗(yàn)。

（1）脫墨酶不同溫度下的脫墨實(shí)驗(yàn)。稱取一定量的廢紙漿疏解后與酶液、緩沖溶液在聚乙烯塑料袋中充分混勻后置于35℃、45℃、55℃、65℃、75℃、85℃恒溫水浴中加熱，每10min揉搓一次，使?jié){料與酶液混合均勻，一定時(shí)間后進(jìn)行浮選，測(cè)定其白度。

（2）脫墨酶在不同pH下的脫墨實(shí)驗(yàn)。稱取一定量的廢紙漿疏解后與酶液、緩沖溶液在聚乙烯塑料袋中充分混勻后，調(diào)節(jié)pH于4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0，置于恒溫水浴中加熱，每10min揉搓一次，使?jié){料與酶液混合均勻，一定時(shí)間后進(jìn)行浮選，測(cè)定其白度。

（3）脫墨酶在不同碎漿時(shí)間下的脫墨實(shí)驗(yàn)。選取碎漿時(shí)間為20min、25min、30min、35min、40min的碎漿液疏解后與酶液、緩沖溶液在聚乙烯塑料袋中充分混勻后置于恒溫水浴中加熱，每10min揉搓一次，使?jié){料與酶液混合均勻，一定時(shí)間后進(jìn)行浮選，測(cè)定其白度。

2.2.3 脫墨酶脫墨與化學(xué)脫墨法性能比較實(shí)驗(yàn)：

酶法脫墨：稱取一定量的廢紙漿，疏解后與酶液、緩沖溶液在聚乙烯塑料袋中充分混勻后置于恒溫水浴中加熱，每10min揉搓一次，使?jié){料與酶液混合均勻，一定時(shí)間后進(jìn)行浮選。

化學(xué)脫墨：稱取一定量的廢紙漿，疏解后與脫墨劑、緩沖液在聚乙烯塑料袋中充分混勻后置于恒溫水浴中加熱，每10min揉搓一次，使?jié){料與酶液混合均勻，一定時(shí)間后進(jìn)行浮選。

漂白：稱取一定量的脫墨漿料，疏解后與H2O2、Na2SiO3、NaOH、螯合劑EDTA在聚乙烯塑料袋中充分混勻后置于70℃的恒溫水浴中，每10min揉搓一次，一定時(shí)間后取出洗滌。

浮選：將脫墨漿料倒入浮選器中，調(diào)節(jié)漿濃至1%加入0.2%CaCl2和0.1%浮選劑進(jìn)行浮選，一定時(shí)間后倒入濾袋擠干、分散，用于抄片。

白度、返黃值、物理強(qiáng)度等按標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定；油墨量使用Autospec計(jì)算機(jī)軟件測(cè)定。

3 結(jié)果與討論

3.1 脫墨酶在不同溫度、pH、碎漿時(shí)間下的脫墨結(jié)果

3.1.1 脫墨酶不同溫度下的脫墨實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了不同溫度下的脫墨實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1：

由圖1可知，脫墨酶在55℃～70℃下白度較高，因而脫墨效果更好，隨著溫度的升高，酶的活性也隨之降低，因而在75℃后，白度逐漸降低，脫墨效果因此減弱，因此該種脫墨酶在55℃～70℃條件下的脫墨效果更好。

3.1.2 脫墨酶在不同pH下的脫墨實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了不同pH條件下的脫墨實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖2。由圖2可知，脫墨酶在pH6.0～pH10.0下白度值相差不大，因而脫墨效果差別不大，因此脫墨酶在此pH范圍內(nèi)的脫墨效果比較好，耐受pH范圍廣。

3.1.3 脫墨酶在不同碎漿時(shí)間下的脫墨實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了不同碎漿時(shí)間下的脫墨實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖3。

由圖3可知，隨著碎漿時(shí)間的增加，脫墨漿的白度值也在逐漸增加，但是碎漿時(shí)間達(dá)到30min后，碎漿經(jīng)脫墨后的白度值變化不大，脫墨效果也相近，因此在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，會(huì)選取30min作為最佳碎漿時(shí)間。

3.2 脫墨酶脫墨與化學(xué)脫墨法性能的比較

3.2.1 化學(xué)脫墨漿與脫墨酶脫墨漿的脫墨性能

比較。實(shí)驗(yàn)將化學(xué)脫墨漿與脫墨酶脫墨漿進(jìn)行了脫墨性能的對(duì)比，脫墨酶脫墨采用最佳工藝條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；化學(xué)脫墨法采用國(guó)產(chǎn)脫墨劑和進(jìn)口脫墨劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1。

由表1可知，使用脫墨酶進(jìn)行脫墨后的脫墨漿的白度要高于化學(xué)脫墨漿，酶脫墨漿的白度要比國(guó)產(chǎn)脫墨劑高出2.4個(gè)百分點(diǎn)，比進(jìn)口脫墨劑高出0.9個(gè)百分點(diǎn)。進(jìn)口化學(xué)脫墨漿的油墨脫除率最高，但是因堿會(huì)產(chǎn)生堿性發(fā)黑現(xiàn)象，因而漿料的白度低于酶脫墨漿。

使用脫墨酶脫墨的脫墨漿的得率要高于化學(xué)脫墨漿。酶脫墨漿的得率分別比國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口化學(xué)脫墨漿提高了3.0和6.3個(gè)百分點(diǎn)，使用脫墨酶進(jìn)行脫墨可以降低紙漿纖維的降解程度，從而提高得率。

3.2.2 化學(xué)脫墨漿與脫墨酶脫墨漿的漂白性能

比較。研究以H2O2作為漂白劑，對(duì)唾沫所得廢紙漿進(jìn)行漂白，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表2：

由表2可知，經(jīng)漂白后，酶脫墨漿的白度高于化學(xué)脫墨漿，因?yàn)槊撃笇?duì)漿料中的纖維有更強(qiáng)的剝離作用，促使漂白劑深入滲透到纖維中，因而漂白效果更好。

通過(guò)比較可知，經(jīng)脫墨酶脫墨后返黃值較低，脫墨劑返黃值較高，這主要是因?yàn)榛瘜W(xué)脫墨劑中含有堿性物質(zhì)，所以返黃程度較大。脫墨酶在剝離纖維后，有利于漿中部分木質(zhì)素和木聚糖等的溶出，因而漿料不容易發(fā)生返黃。

4 結(jié)語(yǔ)

脫墨酶在不同溫度、pH、碎漿時(shí)間下的脫墨實(shí)驗(yàn)研究中，碎漿時(shí)間為30min時(shí)，脫墨酶在55℃～70℃條件下的脫墨效果更好，有較廣的溫度耐受范圍，因而適用于工業(yè)化大規(guī)模的生產(chǎn)；同時(shí)該脫墨酶還具有良好的耐堿性，pH的耐受范圍為6.0～10.0，在此范圍內(nèi)脫墨效果最佳。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究可知，脫墨酶法脫墨與傳統(tǒng)的化學(xué)脫墨法相比具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

（1）消除油墨的障礙，提高了脫墨漿的產(chǎn)品質(zhì)量，使用脫墨酶脫墨，提高了廢紙的脫墨效率，所得脫墨漿白度高，殘留的油墨少，濾水的性能好，經(jīng)脫墨酶脫墨后的纖維暴露出更多的表面，增強(qiáng)了纖維的柔軟度，從而有利于纖維間的結(jié)合，增加紙的強(qiáng)度。

（2）降低了生產(chǎn)成本。使用脫墨酶進(jìn)行脫墨，減少了表面活性劑、消泡劑、殺菌劑以及廢水處理絮凝劑等化學(xué)用品的用量。使用脫墨酶脫墨的成漿具有良好的可漂性，在相同的白度下，脫墨酶脫墨法的雙氧水用量明顯比化學(xué)法用量少。同時(shí)由于脫墨酶脫墨改善了紙漿的強(qiáng)度和游離度，因此大大減少了助留助濾劑、增強(qiáng)劑的用量。

（3）有利于環(huán)境的保護(hù)。脫墨酶法脫墨減少了化學(xué)用品的用量，使廢水中的BOD和COD含量大大降低，從而減輕了對(duì)環(huán)境的污染。

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