生物酶辅助打浆的工艺及机理研究

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在造纸工业中,打浆/磨浆的能耗占整个制浆造纸过程能耗的15%-18%,利用生物酶对打浆前的纸浆进行预处理,可以节省打浆电耗,具有的实际意义。本文通过不同复合生物酶酶活的测定得到在偏中性条件下,酶XPS及酶L301显示出较高的羧甲基纤维素酶活、滤纸酶活及木聚糖酶活。同时酶XPS及酶L301的酶活也显示了pH影响相对稳定的优越性。   本研究探讨了酶处理不同种类的硫酸盐针叶木浆的工艺条件。通过水解后还原糖的测定发现:本实验中较佳的浆浓为3.5-4.5%;实验中酶处理的较佳温度是45-50℃;处理1.5小时对酶L301和酶XPS来说是较佳的酶催化水解时间;除马尾松浆酶处理时受pH值影响较大外,其余其他四种浆料在pH6.0-7.5中酶处理受pH值影响较小。马尾松及乌针浆酶处理前后保水值测定及SEM分析发现,酶处理降解了纤维的部分纤维素及木聚糖,疏松了纤维细胞壁结构,纤维表面变得光滑,出现孔洞、裂缝;纤维的FS300分析结果表明,与空白样相比,酶处理的纸浆具有更多的长纤维组分,较少的细纤维;酶处理后纸浆纤维的聚合度有所下降,但程度不大,酶L301和酶XPS对马尾松和乌针浆的纤维强度影响不大。酶处理使纤维表面的碎片水解,促成纤维间成键,使纸页的抗张指数、撕裂指数及耐破指数增加。X射线衍射分析表明,酶处理使纤维的结晶度变小,结晶区域减少,减少了纤维素纤维的紧密状态,无定形区相对增加,有利于纤维在磨浆过程中吸水润胀,从而促进浆料的磨浆进程。酶处理使纤维中的半纤维素及纤维素部分水解,纤维表面出现凹槽,纤维细胞壁受到破坏,磨浆时,机械和流体的剪切力容易从这些受损害的部分将纤维切断。酶处理可以提高浆料的打浆度,但在同一打浆度下,经酶处理后的浆料纤维被切短,纸页的抗张指数、撕裂指数及耐破指数都比空白样小约20-30%左右,纸页的强度受到酶处理的影响。酶用量较小时,酶的催化水解作用可以使纤维细胞壁受到轻度的破坏,纤维变得柔软,在磨浆时纤维易于分丝帚化,从而提高浆料的打浆度达到降低能耗的目的。酶的用量增加时,纤维细胞壁受到损害的程度增加,在磨浆过程中易于切断,纸页的强度降低。磨浆设备的磨损也使酶处理后的浆料在磨浆过程中产生“卡位效应”与空白样相比更容易被切断。
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