环保型机械酶法化学制浆新工艺研究

维普资讯 http://www.cqvip.com 圃昏越　国昌图　２００２年第２卷第３期　４　Ｊａｃｏｂｓ—Ｙｏｕｎｇ　Ｃ　Ｊ，Ｖｅｎｄｉｔｔｉ　Ｒ　Ａ，Ｊｏｙｃｅ　Ｔ　Ｗ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｅｎｚｙｍａｔｉｃ　ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　ｏｆ　ｓｏｄｉｕｍ　ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ　ｉｎ　ｗｏｏｄ．Ｔａｐｐｉ　Ｊ，　ｌ９９８；８Ｉ：２６０—２６６　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｓｌｉｇｈｔｌｙ．Ｔｈｉｓ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｐｅｎｓ　ｎｅｗ　ｏｕｔｌｏｏｋｓ　ｉｎ　ｌｏｗｅｒ　ｅｆｌｕｅｎｔｆ　ｏｎ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｋｒａｆｔ　ｐｕｌｐｉｎｇ．Ｔａｐｐｉ　Ｊ，ｌ９９８；８　ｌ，ｌ４３一Ｉ４７　６高培基，等．纤维素微生物及纤维素酶技术（第三版）．济南：山　东大学微生物研究所，ｌ９９４　２００２年２月２５日收到　国家自然科学基金（２００７７０１５）　和山东大学青年科学基金资助　５　Ｊａｃｏｂｓ　Ｃ　Ｊ，Ｖｅｎｄｉ￣ｉ　Ｒ　Ａ，Ｊｏｙｃｅ　Ｔ　Ｗ．Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆｅｎｚｙｍｅ　ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｉｓ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ＩＳＯ　ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｔｅａｒ　ｓ￣ｅｎｇｔｈ　ｏｆｐｕｌｐｓ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｂｕｔ　ｔｈｅ　ｔｅｎｓｉｌｅ　ｉｎｄｅｘ，ｂｕｒｓｔ　ｉｎｄｅｘ　ｆｏｌｄｉｎｇ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ　ｐｕｌｐｓ　ａｒｅ　【摘要】　机械酶法化学制浆工艺是一种比传统化学制浆工艺更　有效的环保型制浆工艺过程，它包括机械处理、酶处理和化学（烧　碱法）蒸煮三个阶段，采用该工艺制浆可以有效地改善酶处理效　ｃｈｅｍｉａｌｃ　ｐｕｌｐｉｎｇ　ｄｅｌｉｇｎｉｉｃａｔｉｆｏｎ　碱法（烧碱法或硫酸盐法）制浆是目前我国造纸工业生　产麦草化学浆的一种主要的生产方法。由于草浆蒸煮黑液　的提取率较低，难以进行有效的碱回收，因此，使用传统　的碱法制浆工艺生产麦草浆造成了严重的环境污染。为了　了多　有效地解决这一难题，多年来造纸工作者研究并提出　种改进的生产工艺，如氧碱法制浆工艺、添加助剂的　化学　蒸煮工艺等，以降低蒸煮黑液的污染负荷，同时也能有效　率、增加木素脱除程度、降低蒸煮化学药品的消耗，同时还可以提　高纸浆的白度和撕裂强度，但纸浆的抗张强度、耐破度和耐折度却　稍有降低。　【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ—ｅｎｚｙｍａｔｉｃ－ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｕｌｐｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｓ　ａ　ｍｏｒｅ　ｅｆｉｃｉｆｅｎｔ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｆｒｉｅｎｄｌｙ　ｐｕｌｐｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｓ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔｏ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｕｌｐｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｔｈｒｅｅ　ｓｕｂｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，ｅ．ｇ．ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｓｔａｇｅ，ｔｈｅ　ｅｎｚｙｍａｔｉｃ　地改善蒸煮效率，增加木素的脱除程度。其中，在化学蒸　煮前利用微生物对原料进行预处理，实验证明【ｌ　可以有　ｔｅａｔｒｍｅｎｔ　ｓｔａｇｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｈｅｍｉｃａｌ（ｓｏｄａ）ｃｏｏｋｉｎｇ　ｓｔａｇｅ　Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅ　ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　ｄｅｌｉｇｎｉｉｃｆａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｔｈｅ　ｃｈｅｍｉｃａｌｓ　ｃｈａｒｇｅ　效地改善蒸煮效率，减少纸浆中残余木素的含量，或者在　纸浆硬度相似的前提下，减少蒸煮时有效碱的用量。但直　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｉｎ　ｐｕｌｐ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ．　关键诃　机械处理酶处理化学制浆脱木素　ｅｎｚｙｍａｔｉｃ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　接采用微生物进行处理，处理周期一般需２—４周，因此　无法满足工业化大生产的要求。而有资料表明［４　】，在硫　Ｋ　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　５３　维普资讯 http://www.cqvip.com 圃喾衄　国８图　２００２年第２卷第３期　酸盐法蒸煮前对木片进行酶液预处理，可以有效地改善　机械处理而直接进行酶处理，其它工艺流程与条件同上。　ＮａＯＨ溶液在木片中的扩散速率，提高蒸煮效率。我们的研　对照浆为采用相同工艺与条件处理但不添加酶液制备的浆　究结果也表明，采用木聚糖酶液和木素降解酶酶液对蔗渣　料。　原料进行处理，可以有效地提高硫酸盐法制浆过程中脱木　１．３分析方法　素的效率　］。因此，在蒸煮前对麦草进行酶液预处理，也　按照国家标准ＧＢｌ５４６－－８９规定的方法测定卡伯值，用　可望能够获得上述结果，实验结果也证明了这一推断的可　ＹＱ—ｚ—４８Ｂ型白度测定仪测定纸浆的ＩＳＯ白度，按照有关　行性。同时，采用酶液代替微生物进行处理，除工艺过程比　的国家标准测定浆料的物理性能。　较简单以外，还具有处理时间短（４—８　ｈ）、过程易控制等诸　２结果与讨论　多优点，因而更具有实际意义。此外，在酶液处理前对原　２．１麦草机械酶法化学浆的制浆结果　料进行一些物理或化学预处理，实验表明可以有效改善酶　采用机械酶法化学制浆和其它几种制浆方法制备麦草　处理的效率，其中机械处理是一种既简单又十分有效的方　化学浆的制浆结果见表ｌ。　法。由于是采用酶液代替微生物对原料进行处理，因而我　表１各种制浆方法制备麦草化学浆的制浆结果　们提出了“酶法化学制浆（Ｅｎｚｙｍａｔｉｃ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｕｌｐｉｎｇ，　ＥＣＰ）”的概念，以代替通常的“生物化学制浆”，又由于在　酶处理前增加了一段机械处理，因此，我们将这－Ｎ浆工　艺称之为“机械酶法化学制浆”工艺（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｅｎｚｙｍａｔｉｃ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｕｌｐｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ＭＥＣＰ－ｐｒｏｃｅｓｓ）。　１实验材料与方法　１．１材料　麦草取自山东省定陶县，贮存期一年。实验用木聚糖酶　粗酶液来自于菌￣，Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓｎｉｇｅ，Ａｎ７６的液体发酵液。采　用ＤＮＳ法测定木聚糖酶酶活　，以每分钟产生ｌ￣ｔｍｏｌ木　糖为一个活力单位０ｕ）。　与常规化学法制浆相比，采用酶法化学制浆和机械酶法　１．２实验方法　化学制浆均可以提高化学蒸煮效率和实现更均匀地制浆，　用实验室高浓磨浆机对麦草进行机械处理（磨盘间隙　从而降低纸浆卡伯值，提高脱除木素程度，降低筛渣率。　０．９　ｍｍ）；将分散成粗纤维束形态的麦草与粗酶液、醋酸盐　同时还可以降低化学蒸煮时有效碱的消耗，导致黑液中残　缓冲液（Ｏ．０２　ｍｏｌ／Ｌ）按一定比例在塑料袋中充分混合，４８℃　余有效碱的浓度增加。这意味着可以在获得相同性质纸浆　下处Ｎ８　ｈ，体系ｐＨ５．０，木聚糖酶用量２　ＩＵ／ｇ；然后在实　的情况下，减少化学蒸煮段的化学药品用量，降低废液对　验室ＺＱＬ—ｌ型ｌ５　Ｌ电加热回转式蒸煮锅上进行化学蒸　环境的污染。而纸浆的细浆得率虽稍有下降，但变化不　煮，蒸煮工艺条件为：ｌ５％ＮａＯＨ、液比ｌ：６，最高温度　大。　１６０℃，升温９０　ｍｉｎ，保温３０　ｍｉｎ。用实验室平板筛浆机对　与酶法化学制浆的结果相比，采用机械酶法化学制浆　浆料进行筛选（筛缝０．３　ｍｍ），在ｚＱＪｌ—Ｂ型抄片机上进　可以进一步降低纸浆的卡伯值，提高木素脱除程度，同时　行抄片，以分析浆料的物理性能。酶法制浆时，麦草不经　进一步减少化学蒸煮过程中有效碱的消耗，因而可以实现　更低用碱量条件下的制浆。而纸浆的细浆得率和筛渣率变　维普资讯 http://www.cqvip.com 喾筑８臼昌图　２００２年第２卷第３期　化不大。将上述两种制浆方法制备的化学浆与各自的对照　此机械酶法化学浆也具有较高的强度性能指标，其中撕裂　浆相比，可知增加一段机械处理后，从降低纸浆卡伯值的　强度与常规化学浆相比还有所提高。　角度而言，酶处理段的贡献从４．７９％提高到ｌ０．０２％，酶处　３结论　理段的效率增加了一倍。　机械酶法化学制浆工艺是一种比传统化学制浆工艺更有　２．２麦草机械酶法化学浆的物理性能　效的环保型制浆工艺过程，采用该工艺制浆可以有效地改　表２各种麦草化学浆的物理性能　善蒸煮效率和酶处理效率、增加木素脱除程度，降低蒸煮　化学药品的消耗，并且使纸浆在保持一定强度性能的同时　提高纸浆的白度。　（参考文献）　１　Ｍｏｌｉｎａ　Ｊ　Ｇ，ｅｔａ１．Ｂｉｏｐｕｌｐ　ｋｒａｆｔ　ｆｒｏｍ　ｒａｄｉａｔａ　ｐｉｎｅ，１０ｔｈ　ＩＳＷＰＣ，　Ｙｏｋｏｈａｍａ　Ｊａｐａｎ　１９９９：７．３，４８—５３　２　Ｂｈａｎｄａｒｉ　Ｋ　Ｓ，ｅｔ　ａＬ　Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｕｌｐｉｎｇ　ｏｆ　ｅｕｃａｌｙｐｍｓ　ｇｌｏｂｕｌｅｓ．　Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ　Ｃｈｅｍ　Ｔｅｃｈｎｏｌ，１９９２；２６（１）：９９—１０５　３　Ｍｅｓｓｎｅｒ　Ｋ，ｅｔ　ａＬ　Ｆｕｎｇａｌ　ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｗｏｏｄ　ｃｈｉｐｓ　ｆｏｒ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｕｌｐｉｎｇ．５ｔｈ　ＩＣＢＰＰＩ，Ｋｙｏｍ　Ｊａｐａｎ，１９９２；Ｍａｙ２７—３０，９　４　Ｊａｃｏｂｓ－Ｙｏｕｎｇ　Ｃ　Ｊ，Ｖｅｎｄｉ￣ｉ　Ｒ　Ａ，Ｊｏｙｃｅ　Ｔ　Ｗ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｅｎｚｙｍａｔｉｃ　ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｉｆｕｓｉｏｎ　ｏｆ　ｓｏｄｉｕｍ　ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ　ｉｎ　ｗｏｏｄ　Ｔａｐｐｉ　Ｊ　１９９８；８１：２６０—２６６　．　由表２可知，与常规化学浆相比，酶法化学浆的白度　５　Ｊａｃｏｂｓ　Ｃ　Ｊ，Ｖｅｎｄｉ￣ｉ　Ｒ　Ａ，Ｊｏｙｃｅ　Ｔ　Ｗ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｅｎｚｙｍｅ　ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ　和各种强度性能均有所提高，说明酶处理可以改善纸浆的　ｏｎ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｋｒａｆ【ｐｕｌｐｉｎｇ．Ｔａｐｐｉ　Ｊ．１　９９８；８　１：１　４３—１　４７．　物理性能。但与酶法制浆相比，采用机械酶法化学制浆，　６黄峰．木聚糖酶和木素酶预处理制备化学浆及木素生物降解机理　除可以提高纸浆的白度以外（增加２．７％ＩＳＯ），纸浆的抗张　研究，山东大学博士后出站报告，２０００；６：２２—４０　强度、撕裂强度、耐破度和耐折度等各种强度性能指标却　７高培基，等．纤维素微生物及纤维素酶技术（第三版）．济南：山　有所降低，说明对原料进行机械预处理会对纸浆强度产生　东大学微生物研究所，ｌ９９４　一些不利的影响。但由于酶处理段对强度的改善作用，因　２００２年２月２５日收到　国家自然科学基金（２００７７０１５）　和山东大学青年科学基金资助　５５