生物酶在棉针织物前处理加工中的应用研究

摘要

传统印染前处理盐碱用量大、能耗高、并排放大量水污染物，会对环境造成很大的危害。生物酶技术因其具有高效、节能、节约原材料等特点，有望取代传统前处理工艺，具有广阔的应用前景。本研究针对棉针织物前处理过程，开展了生物酶前处理的应用研究，为此技术在棉印染行业的推广应用提供理论和技术支持，从而推动棉印染行业内的清洁生产和节能减排。
　　 本文首先通过对果胶酶、纤维素酶、脂肪酶和蛋白酶这四类9种酶的酶活测试，研究了温度、pH等对各类酶酶活的影响，确定各单酶的最适使用条件，并以果胶去除率、毛效、强力损失作为表征织物精练效果指标，探讨了各单酶及复配酶的精练效果，试验表明碱性果胶酶BioPrep3000L的精练效果远远优于酸性果胶酶PL-300，其中加入适量的纤维素酶963能提高碱性果胶酶的精练效果，而添加脂肪酶、蛋白酶对碱性果胶酶BioPrep3000L的精练效果没有改善甚至产生了负面影响。因此，复合酶制剂应以碱性果胶酶为主，纤维素酶为辅。此外，通过响应面(Response SurfaceMethodology，RSM)分析法优化了生物酶前处理工艺条件，研究表明：pH在8-9之间时，随pH的变化，果胶去除率只有轻微的波动；处理温度在55℃-65℃之间时，随着温度的上升，果胶去除率逐渐降低，确定复合酶精练最适温度是55℃；果胶去除率随着处理时间的延长及酶用量的增加而显著提高。利用软件Minitab15进行响应优化并分析各因素对果胶去除率的贡献，结合成本以及生产要求，推荐工艺为pH8.5(1/15 M NaOH/NaH2PO4)，温度55℃，处理时间35 min，碱性果胶酶0.03％(o.w.f)，纤维素酶0.1 g/L，JFC0.2g/L，浴比1：20为最优工艺条件，经过试验验证果胶平均去除率为75.0％，取得较理想的精练效果。
　　 其次，研究了渗透剂、螯合剂及离子强度等对生物酶精练效果的影响，研究结果表明：渗透剂在生物酶精练中必不可少，且非离子表面活性剂(JFC)相对于离子表面活性剂有更好的效果;螯合剂(EDTA)有助于生物酶精练，当用量为0.05 mmol/g底物时效果最佳；离子强度(K2HPO4用量)的增加有利于果胶的去除。在研究果胶去除率随酶用量及处理时间的变化关系时，发现函数y=axb能够拟合果胶去除率随处理时间变化的规律。复合酶用量、K2HPO4(缓冲盐)用量及处理时间是影响精练效果的三个主要因素，通过对这三个因素的正交试验及方差分析，确定最佳应用工艺条件为：碱性果胶酶BioPrep3000L，0.05％(o.w.f)；纤维素酶963，0.1 g/L；K2HPO42g/L，处理时间30 min；pH值在8-9之间；温度55℃。该工艺果胶去除率可以达到75％。
　　 最后，通过中试研究，比较了生物酶处理工艺与传统碱处理的精练效果，并对此工艺的环境效益和经济效益进行分析。结果表明生物酶前处理织物的毛效、白度、果胶去除率及染色性能与传统碱处理工艺相当，但织物失重率及强力损失明显降低，排水量只有传统碱处理工艺的50％，且废水可生化性提高(BOD5/CODcr值提高了14.7％)，CODcr降低了19.7％，节水减排效果明显。当染深色布时酶处理工艺与碱煮漂白分步工艺和碱氧一浴法工艺相比，成本分别下降63.6％和54.1％;当染浅色布时酶处理工艺与碱煮漂白分步工艺比较，成本下降21.6％，比碱氧一浴法工艺成本略低。可见，生物酶处理工艺有较好的经济效益和社会效益，是一种值得推广的技术。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1前言

1.2文献综述和应用进展

1.2.1棉针织物前处理方法

1.2.2棉针织物碱前处理现状

1.2.3棉针织物生物酶前处理存在问题

1.2.4精练生物酶种类、性质和作用

1.2.5棉针织物生物酶前处理工艺的现状

1.2.6生物酶在棉针织物染整中的应用

1.3研究目的、研究内容、技术路线和研究难点

1.3.1研究目的

1.3.2研究内容

1.3.3技术路线

1.3.4研究难点

2试验研究的材料、仪器及方法

2.1试验材料

2.1.1试样

2.1.2试剂

2.2试验仪器

2.3试验工艺及试验方法

2.4测试指标和方法

2.4.1果胶质含量测定

2.4.2织物润湿性及测试

2.4.3织物白度及测试

2.4.4顶破强力及测试

2.4.5染色性能及测试

3棉针织物生物酶前处理各单酶性质研究

3.1果胶酶最适条件的研究

3.1.1酸性果胶酶最适条件的研究

3.1.2碱性果胶酶最适条件的研究

3.2纤维素酶最适条件的研究

3.2.1纤维素酶C1800最适条件测定

3.2.2纤维素酶Cellusoft CR最适条件测定

3.2.3纤维素酶C800最适条件测定

3.2.4纤维素酶963最适条件测定

3.3脂肪酶最适条件测定

3.4蛋白酶最适条件测定

3.5本章小结

4棉针织物前处理复合酶制剂的研制及工艺条件优化

4.1生物酶处理工艺试验

4.1.1酸性果胶酶棉针织物处理试验

4.1.2碱性果胶酶棉针织物处理试验

4.1.3碱性果胶酶和纤维素酶混合棉针织物处理试验

4.1.4碱性果胶酶分别与脂肪酶、蛋白酶混合处理试验

4.2复合酶制剂的组成分析研究

4.3复合酶制剂在棉针织物前处理中的应用研究

4.3.1响应面分析法确定复合酶精练最佳使用条件

4.3.2渗透剂、螯合剂、离子强度对复合酶精练效果的影响

4.3.3生物酶精练果胶去除率规律研究

4.3.4正交试验确定复合酶精练最佳应用工艺条件

4.4本章小结

5棉针织物生物酶前处理的应用研究

5.1棉针织物生物酶前处理工艺路线的确定

5.2复合酶前处理和传统前处理效果比较

5.2.1前处理工艺

5.2.2织物应用性能对比

5.3中试及织物应用性能、环境效益和经济效益对比

5.4本章小结

6主要结论与建议

6.1主要结论

6.2建议

致谢

参考文献