生物酶处理漂白针叶木浆对湿部化学特性的影响

摘要

制浆造纸工业是一种能源密集型加工产业，其能源成本占总生产成本的18％～25％。硫酸盐浆打浆和磨浆需要大量的能源，大概占从木材到成纸生产总电耗的15％～18％。因此，对硫酸盐浆进行酶法改性，降低打浆能耗，意义深远。生物酶促打浆是利用生物酶对打浆前的纸浆进行预处理，使纤维表面得到某种程度的活化和松弛，促进纤维的吸水润胀和细纤维化，起到降低打浆能耗的作用，具有广阔的应用前景。 造纸湿部化学对纸机的运转性能及成纸质量起着关键性作用。研究生物酶处理对湿部化学特性的影响，有利于对湿部化学进行合理控制以达到高效节能的目的。 论文探讨了生物酶促打浆的影响因素，并筛选出了最佳工艺条件。利用FQA、ESEM、χ-射线衍射仪等分析技术对酶促打浆后的浆料进行了分析，并利用zeta电位测定仪、电荷滴定仪等仪器对酶促打浆后浆料的zeta电位以及溶解电荷进行了测定，分析了酶促打浆对湿部电荷特性的影响。 首先利用纤维素酶N476对漂白针叶木浆进行酶促打浆，探讨了纤维素酶促打浆的影响因素，得出纤维素酶对漂白针叶木浆预处理的最适酶用量为0.5ECU·g-1绝干浆，最适pH值为7，最适温度为55℃，最适反应时间为60min。研究结果表明，酶促打浆可以促进纤维分丝帚化，增加纤维的比表面积和吸水润涨能力，改善漂白针叶木浆的打浆效果。与未经酶处理的对照浆相比，纤维素酶促打浆浆料中的细小纤维含量较低，纤维的平均长度稍长，纤维素酶促打浆的漂白针叶木浆羧基含量、溶解电荷及zeta电位均略低。同时可以增加阳离子聚丙烯酰胺的吸附量和碳酸钙的留着率，改善施胶效果。但是纤维素酶处理会降低纤维素的聚合度，影响纤维本身的强度，使成纸的裂断长有所下降。与未打浆的酶处理浆相比，纤维素酶处理后进行打浆，使得纤维素的结晶度有所增加，但经酶促打浆的浆料与对照浆相比纤维素结晶度几乎没有变化。 其次利用木聚糖酶对漂白针叶木浆进行酶促打浆，探讨了木聚糖酶促打浆的影响因素，得出木聚糖酶对漂白针叶木浆预处理的最佳工艺条件为：木聚糖酶用量0.5AXU·g-1，pH=7，温度55℃，时间60min。经木聚糖处理后再进行不同程度的打浆，其对浆料的纤维特性、zeta电位和助留施胶方面的影响类似于纤维素酶，但是其作用效果不如纤维素酶显著。但是经木聚糖酶处理的浆料其溶解电荷随着酶用量的增加而增加，而且木聚糖酶促打浆对纤维素的聚合度没有影响，可以显著改善纸页的物理强度，但是经木聚糖酶促打浆的纤维素的结晶度略有提高，从对照浆的70.58％增加到酶处理浆的72.68％。 最后采用不同比例的纤维素酶与木聚糖酶组成的混合酶进行酶促打浆的研究。研究结果发现，混合酶促打浆的作用效果均不如单独使用纤维素酶显著。混合酶中随着纤维素酶用量的增加导致纤维素的聚合度和纸页的裂断长稍有降低。木聚糖酶与纤维素酶组成的混合酶促打浆可以增加纤维素的结晶度。混合酶中在纤维素酶用量为0.2ECU·g-1，木聚糖酶用量为0.3AXU·g-1的条件下，经酶促打浆过的浆料其结晶度由对照浆的70.58％增加到酶处理浆的72.15％。综合考虑所有因素，混合酶的协同作用效果要优于单独使用纤维素酶或者木聚糖酶。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1生物酶的作用机理

1.1.1纤维素降解理论提出

1.1.2酶协同水解机制

1.2纤维素酶和半纤维素酶对纤维性能的改善

1.2.1生物酶促打浆降低磨浆能耗

1.2.2生物酶对纸浆滤水性能的改善

1.2.3生物酶处理对纸浆物理性能的影响

1.2.4抑制返黄

1.3造纸湿部电荷的来源、性质及其对湿部化学的影响

1.3.1造纸系统中电荷的产生

1.3.2制浆过程中浆料电荷特性的变化

1.3.3浆料电荷特性对造纸湿部的影响

1.4浆料电荷的分析方法

1.4.1利用胶体滴定技术进行造纸湿部电荷分析

1.4.2纸料zeta电位的测定

1.5纤维表面性能与纤维特性分析技术

1.5.1纤维表面性能

1.5.2纤维特性分析技术

1.6论文的研究目的、意义及内容

1.6.1研究目的和意义

1.6.2研究内容

第2章纤维素酶处理漂白针叶木浆对湿部化学特性的影响

2.1实验与方法

2.1.1实验原料及仪器设备

2.1.2实验方法

2.2结果与讨论

2.2.1纤维素酶促打浆的影响因素

2.2.2酶促打浆对漂白针叶木浆纤维特性的影响

2.2.3环境扫描电镜分析

2.2.4纤维素酶处理对纤维比表面积与浆料羧基含量的影响

2.2.5纤维素酶促打浆对纸张物理强度的影响

2.2.6纤维素酶促打浆对浆料湿部电荷特性的影响

2.2.7酶促打浆对浆料润湿能力的测定

2.2.8酶促打浆对浆料吸附CPAM能力及对碳酸钙留着率的影响

2.2.9纤维素酶处理对阳离子松香胶施胶效果的影响

2.2.10纸浆的X-射线衍射分析

2.3本章小结

第3章木聚糖酶处理漂白针叶木浆对湿部化学特性的影响

3.1实验

3.1.1实验原料及药品

3.1.2实验方法

3.2结果与讨论

3.2.1木聚糖酶促打浆的影响因素

3.2.2酶促打浆对漂白针叶木浆纤维特性的影响

3.2.3环境扫描电镜分析

3.2.4木聚糖酶处理对纤维比表面积与浆料羧基含量的影响

3.2.5木聚糖酶促打浆对纸张物理强度的影响

3.2.6木聚糖酶促打浆对浆料湿部电荷特性的影响

3.2.7木聚糖酶促打浆对浆料润湿能力的测定

3.2.8酶促打浆对浆料吸附CPAM能力及碳酸钙留着率的影响

3.2.9木聚糖酶促打浆对阳离子松香胶施胶效果的影响

3.2.10纸浆的X-射线衍射分析

3.3本章小结

第4章混合酶处理漂白针叶木浆对湿部化学特性的影响

4.1实验

4.1.1实验原料及药品

4.1.2实验方法

4.2结果与讨论

4.2.1混合酶促打浆的研究

4.2.2混合酶促打浆对纤维特性的影响

4.2.3环境扫描电镜分析

4.2.4混合酶处理对纤维比表面积的影响

4.2.5混合酶促打浆对纸张物理强度的影响

4.2.6混合酶促打浆对浆料湿部电荷特性的影响

4.2.7混合酶促打浆对羧基含量的影响

4.2.8混合酶促打浆对浆料润湿能力的影响

4.2.9纸浆的X-射线衍射分析

4.3本章小结

第5章结论

5.1纤维素酶处理漂白针叶木浆对湿部化学特性的影响

5.2木聚糖酶处理漂白针叶木浆对湿部化学特性的影响

5.3混合酶处理漂白针叶木浆对湿部化学特性的影响

5.4本文的创新之处及进一步的研究工作

5.4.1创新之处

5.4.2进一步研究的工作

参考文献

致谢