漆酶/介体改善马尾松磨石磨木浆纤维特性及其机理研究

摘要

漆酶是一种含铜多酚氧化酶。作为一种木素降解酶，漆酶可以降解生物体中的木素。漆酶的氧化还原电势比较低，为300～800mV(对标准氢电极)，只能氧化降解木素中的酚型结构单元，而不能氧化占木素90％的非酚型结构单元。如果有低分子量的化合物作为氧化还原介体，漆酶也能氧化非酚型木素结构单元。如ABTS(2,2’-联氨-二(3-乙基-苯并噻唑-6-酸))、HBT(1-羟基苯并三唑)、VIO(紫尿酸)、MS(丁香酸甲酯)、PTC(盐酸异丙嗪)、PPT(吩噻嗪-10-丙酸)、PT(吩噻嗪)等。 虽然马尾松磨石磨木浆具有得率高，生产成本低，对环境友好等优点；但由于其生产的纸张强度比较低、白度不稳定等缺点，这些严重制约了马尾松磨石磨木浆在抄造高档纸张上的应用。所以有必要对其进行改性。本文用漆酶/介体体系对马尾松磨石磨木浆进行改性，并对其改性机理进行了研究。 目前，自然界中用来对纸浆性能改善的小分子物质比较多，而且有相当多的是人工合成出来的，其中一些物质可能对来磨石磨木浆有改性作用。由于介体结构的不同，其对纸浆的改性效果也不同，所以有必要先进行介体的优选。在一定的条件下，进行漆酶/介体改性磨石磨木浆的对比试验。研究发现，漆酶/紫尿酸(VIO)改性效果最好，经漆酶/VIO改性磨石磨木浆的白度较高，而且纸浆强度有显著地增强。 本文对漆酶/VIO改性马尾松磨石磨木浆的最佳工艺条件进行了探讨，其工艺条件为：浆浓2.5％，通氧气，介体用量为1％(相对于绝干浆)，漆酶用量5LAMU/g，酶处理时间60min，漆酶作用温度55℃。在该条件下，经改性纸浆的白度有所下降，但纸浆强度有明显增加。与对照浆相比，经过氧化氢漂白后，纸浆的白度和强度都有明显增加。这说明，漆酶/介体改善磨石磨木浆性能的同时，纸浆的可漂性增加。 采用溶解氧分析仪测定漆酶和漆酶/介体处理纸浆过程中的氧气浓度变化，探讨不同条件下，漆酶/介体对纸浆中木素的不同反应活性以及催化氧化反应的动力学。在不同介体与漆酶协同作用纸浆过程中，漆酶/VIO处理纸浆表现出较高的耗氧速率。漆酶单独处理纸浆时，初始几分钟内耗氧速度较快，几分钟后氧气浓度基本不变。介体VIO单独与纸浆作用过程中，氧气浓度变化不明显。漆酶/VIO处理纸浆时，20分钟之内就可以消耗完容器内的氧气。在漆酶和漆酶/VIO处理木素模型物过程中，氧气浓度的变化趋势基本上和处理纸浆的类似，只是反应速率更快。漆酶/VIO处理纸浆和木素模型物的氧气浓度变化都随时间推移呈一次指数衰减。 采用了SEM、FQA、FT-IR、GC-MS等分析技术对漆酶/VIO改性磨石磨木浆的机理进行了探讨。SEM和FQA分析发现，经漆酶/VIO处理纸浆的纤维表面变得粗糙，有起毛现象，纤维之间紧密地交织在一起；其纤维长度和粗度均有所降低。FT-IR和GC-MS分析结果表明，漆酶/VIO处理纸浆的滤液中有大量的愈疮木酚、羰基和一些小分子量的物质生成。这说明在漆酶/VIO改性纸浆过程中确有木素溶出，使得纤维之间形成更多的氢键，纤维间结合力增强，从而改善纸浆性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1漆酶

1.1.1漆酶的来源

1.1.2漆酶的结构

1.2漆酶的催化氧化作用

1.2.1漆酶催化反应的底物

1.2.2漆酶催化氧化反应机理

1.3漆酶在制浆造纸工业中的应用

1.3.1纸浆漂白

1.3.2处理造纸废水

1.3.3酶法脱墨

1.3.4纤维改性

1.3.5漆酶用于生物制浆和机械浆预处理

1.4漆酶在其它领域中的应用

1.4.1食品工业

1.4.2漆酶在高分子化合物合成方面的应用

1.4.3智能包装指示剂及生物检测

1.5纤维的酶法改性技术

1.5.1酶法纤维改性理论

1.5.2纤维素酶改性纤维

1.5.3半纤维素酶改性纤维

1.5.4复合纤维素酶改性纤维

1.5.5降低打浆能耗

1.6分析技术在制浆造纸中的应用

1.6.1 X射线光电子能谱

1.6.2红外光谱在制浆造纸中的应用

1.6.3原子力显微镜在制浆造纸中的应用

1.6.4扫描电镜和透射电镜在制浆造纸中的应用

1.6.5气相色谱一质谱联用技术(GC-MS)

1.6.6电子自旋共振波谱在制浆造纸中的应用

1.7本研究工作的目的和内容

第2章漆酶/介体改性马尾松磨石磨木浆的介体优选

2.1实验原料与方法

2.1.1试验原料

2.1.2试验方法

2.1.3纸页物理性能检测

2.2结果与讨论

2.2.1不同介体对马尾松磨石磨木浆改性效果的影响

2.2.2不同介体对改性磨石磨木浆后续漂白的影响

2.3本章小结

第3章漆酶/VIO改性马尾松磨石磨木浆工艺的研究

3.1试验原料与方法

3.1.1试验原料

3.1.2试验方法

3.1.3纸页物理性能检测

3.2结果与讨论

3.2.1介体VIO用量对改善磨石磨木浆性能的影响

3.2.2漆酶用量对改善磨石磨木浆性能的影响

3.2.3漆酶/介体处理时间对改善磨石磨木浆性能的影响

3.2.4碱处理对纸浆性能的影响

3.3本章小结

第4章漆酶/介体催化氧化反应动力学的研究

4.1试验原料与方法

4.1.1试验原料

4.1.2试验方法

4.2试验结果与讨论

4.2.1不同介体对纸浆催化氧化作用的影响

4.2.2漆酶与漆酶/介体对纸浆的催化氧化作用

4.2.3不同漆酶用量对纸浆催化氧化反应的影响

4.2.4不同处理方式对催化氧化木素模型物的影响

4.2.5不同漆酶用量对催化氧化木素模型物的影响

4.2.6漆酶/VIO催化氧化纸浆及木素模型物的反应动力学模型

4.3本章小结

第5章漆酶/VIO改性纸浆机理的研究

5.1试验原料与方法

5.1.1试验原料

5.1.2试验方法

5.1.3扫描电镜分析

5.1.4纤维的长度、粗度分析

5.1.5红外光谱反射分析

5.1.6 GC-MS分析

5.2结果与讨论

5.2.1扫描电镜(SEM)分析

5.2.2纤维长度、粗度分析

5.2.3红外光谱分析

5.2.4 GC-MS分析

5.3本章小结

第6章全文总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文