專利名稱：混合新聞廢紙生物酶脫墨劑的組分及應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及生物酶在廢紙脫墨工藝中的應(yīng)用，具體地說，這一發(fā)明提供了一種新的以生物酶為主要組分的廢紙脫墨劑及應(yīng)用方法。
背景技術(shù)：
廢紙再生纖維是當(dāng)代造紙業(yè)重要原料來源之一，而且比重越來越大。在日?；厥盏膹U紙中新聞廢紙占一半以上。廢紙脫墨包括新聞廢紙脫墨是廢紙再生利用的一個重要環(huán)節(jié)。長期以來廢紙脫墨工藝是通過化學(xué)脫墨法來完成的。工藝過程包括機(jī)械碎漿及化學(xué)脫墨，化學(xué)漂白，篩漿除渣，浮選和洗滌。其中需要加入一系列化學(xué)品，如燒堿，化學(xué)脫墨劑(內(nèi)含有包括脂肪酸鹽在內(nèi)的捕集劑和表面活化劑)，硅酸鈉，EDTA和過氧化氫。這些化學(xué)品有些會對機(jī)械設(shè)備造成腐蝕，有些會造成水污染，增加白水的COD指標(biāo)。自從上世紀(jì)八十年代以來，人們開始研究生物酶技術(shù)在化學(xué)制漿和廢紙脫墨工藝中的應(yīng)用。法國科學(xué)家Comtat等發(fā)現(xiàn)用木聚糖酶處理木漿能有助于原纖維的形成，因此在1984年獲得法國專利，專利號為2,557,894。Viikari等科學(xué)家在1986年報道，在化學(xué)漂前用木聚糖酶處理闊葉木漿能顯著降低化學(xué)漂白過程中的耗氯量。這一研究成果揭開了在紙漿制漿工藝中應(yīng)用生物酶進(jìn)行低氯漂白的序幕。緊接著，一系列研究證實(shí)了Viikari等人的發(fā)現(xiàn)，從而促使一批應(yīng)用發(fā)明專利的問世。同時，一些生物酶，如纖維素酶，木聚糖酶，脂肪酶，錳過氧化物酶，漆酶等相繼被發(fā)現(xiàn)能有助于廢紙脫墨，并能起著漂白作用，同時能在不同程度上改良再生纖維的特性。這些發(fā)現(xiàn)使人們對用生物酶技術(shù)取代傳統(tǒng)化學(xué)法脫墨技術(shù)產(chǎn)生廣泛的興趣。近年來，大量的研究和開發(fā)已經(jīng)使一些生物酶脫墨技術(shù)走向成熟，并已商業(yè)化。由于生物酶脫墨技術(shù)在廢紙脫墨過程中能大大降低化學(xué)品的投放量，從而顯著降低COD，同時能提高紙質(zhì)，此外還減緩在脫墨工藝過程對設(shè)備的腐蝕，因此在廢紙脫墨領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，已經(jīng)應(yīng)用的生物酶脫墨技術(shù)仍存在一些缺點(diǎn)。其中之一是生物酶只能取代化學(xué)脫墨劑和其它一些化學(xué)品，不能減少化學(xué)漂白劑。因此，雖然在綜合效益方面顯示一定的優(yōu)勢，但其直接生產(chǎn)成本比化學(xué)法節(jié)省十分有限。

發(fā)明內(nèi)容
本項(xiàng)發(fā)明的研發(fā)宗旨就是以混合新聞廢紙(包括舊報紙和其它舊新聞印刷紙)為對象，開發(fā)出一種既能提高廢紙脫墨工藝中的綜合效益又能顯著降低直接生產(chǎn)成本的生物酶脫墨劑。根據(jù)本項(xiàng)發(fā)明，這一生物酶脫墨劑能在傳統(tǒng)廢紙脫墨工藝設(shè)備條件下有效去除混合新聞廢紙中的油墨，并能保持或提高各項(xiàng)紙質(zhì)指標(biāo)，因此可用于取代傳統(tǒng)化學(xué)脫墨。
本項(xiàng)發(fā)明提供了一種新的以木聚糖酶和纖維素酶以及一種被稱為聚乙二醇的多聚體為組成的生物酶脫墨劑。木聚糖酶和纖維素酶的最佳比例為2∶1，允許變動范圍為1∶1至3∶1。木聚糖酶屬于β-1，4內(nèi)切木聚糖酶家族，來源于比奧生物技術(shù)(深圳)有限公司研發(fā)出來的木霉(Trichoderma longibrachiatum)RT-19菌株；纖維素酶是從市場購買的酸性纖維素酶。聚乙二醇在酶液中的含量2％(W/V)。木聚糖酶和纖維素酶與聚乙二醇充分混合后可直接用于廢紙脫墨。也可在常溫(20-30℃)條件下保存至少5個月。在上述生物酶脫墨劑中，生物酶對廢紙脫墨無疑起著主導(dǎo)作用，但多聚體化合物聚乙二醇也起著重要的作用。試驗(yàn)證明，聚乙二醇不僅能起著保護(hù)酶蛋白的作用而且在脫墨過程中能起著表面活化劑和分散劑的作用，有利于脫墨后的浮選。因此，使用這種生物酶脫墨劑，不需另加其它表面活化劑或分散劑。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室和造紙廠脫墨工藝中試證明，這種生物酶脫墨劑適合于混合新聞廢紙的脫墨。從脫墨和漂白效果及經(jīng)濟(jì)效益等因素考慮，最佳用量為混合酶6×106單位/噸絕對干廢紙(木聚糖酶和纖維素酶比例為2∶1)，聚乙二醇40克/噸絕對干廢紙。上述生物酶脫墨劑在混合新聞廢紙脫墨工藝中用法非常簡便。其用法是先在碎漿機(jī)鍋體中加入適量的熱水(55℃左右)，然后按最佳用量標(biāo)準(zhǔn)加入生物酶脫墨劑，接著加入廢紙并開機(jī)碎漿25分鐘，再停機(jī)保溫10分鐘，最后放料。后續(xù)的工藝過程，包括篩漿，浮選，洗滌和打漿與化學(xué)法完全相同。試驗(yàn)證明，在生產(chǎn)低白度新聞廢紙漿，如A類白板紙的襯漿(白度為50％ISO)時，本發(fā)明提供的生物酶脫墨劑可完全代替化學(xué)法中碎漿脫墨和漂白過程中所有的化學(xué)品，包括化學(xué)脫墨劑，燒堿，硅酸鈉，EDTA和過氧化氫，并取得與化學(xué)法相同的白度和相近的殘留油墨指標(biāo)。按可比價格計算，節(jié)省物料成本40％以上，每噸干漿約節(jié)省物料費(fèi)用60元人民幣。在生產(chǎn)高白度新聞廢紙漿，如商用新聞紙漿(白度為56％ISO以上)時，這種生物酶脫墨劑可以取代化學(xué)脫墨劑，硅酸鈉，EDTA，同時節(jié)約燒堿60％以上和過氧化氫20-30％。按可比價格計算，節(jié)省物料成本25-30％。


圖1為不同濃度聚乙二醇-6000對木聚糖酶在長期保存過程中酶活性的影響。
酶活檢測用DNS方法。圖中◆不加聚乙二醇-6000；■加入1％聚乙二醇-6000；▲加入2％聚乙二醇-6000。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1實(shí)施例1是以篩選出最佳生物酶組合為目的來展開的。用于這一試驗(yàn)的廢紙來源于從香港進(jìn)口的舊報紙，其中摻有10％以下的舊雜志印刷紙。用于試驗(yàn)的生物酶為木聚糖酶，纖維素酶(酸性)和淀粉酶。其中，木聚糖酶來源于比奧生物科技(深圳)有限公司研發(fā)出來的木霉(Trichoderma longibrachiatum)RT-19菌株；纖維素酶(酸性)和淀粉酶分別從生物化工市場購買而來。為了評估每一種酶對新聞廢紙脫墨獨(dú)立作用的效果，在試驗(yàn)的第一階段，我們分別用這三種酶單獨(dú)進(jìn)行脫墨處理。每種生物酶的用量分別是1，2，4，6個單位/克干廢紙(一個酶活性單位定義為在50℃，pH4.8的條件下，1小時產(chǎn)生1毫克還原糖，或在60℃，pH6的條件下液化1克淀粉)。處理時間為35分鐘，溫度為50℃。對照試驗(yàn)為傳統(tǒng)化學(xué)法脫墨，用量為1％化學(xué)脫墨劑，1.5％燒堿，2％過氧化氫。處理時間為30分鐘，溫度60℃試驗(yàn)結(jié)果表明，用白度和殘余油墨指標(biāo)來衡量，木聚糖酶對混合新聞廢紙的脫墨效果最佳，其次是纖維素酶(酸性)，而淀粉酶基本上不起作用(數(shù)據(jù)未顯示)。然而，單一生物酶的效果都達(dá)不到化學(xué)脫墨的效果。在試驗(yàn)的第二階段，這三種生物分別混合使用，并與化學(xué)法脫墨進(jìn)行比較。結(jié)果表明，木聚糖酶和纖維素酶混合使用的效果均比各自單獨(dú)使用的效果更好，并能達(dá)到化學(xué)脫墨的效果，而淀粉酶分別與這兩種酶混合使用均未起著增強(qiáng)效果的作用，因此被排除在生物酶脫墨劑配方之外。試驗(yàn)的第三階段是進(jìn)一步篩選木聚糖酶和纖維素酶的最佳比例和用量。試驗(yàn)采用正交法設(shè)計。每種酶的用量分別為1，1.5，2，3，4，6個單位/克干廢紙；木聚糖酶和纖維素酶比例分別為1∶2，1∶1，2∶1和3∶1。試驗(yàn)結(jié)果(數(shù)據(jù)略)證明，當(dāng)總用酶量在6個單位/克干廢紙水平時， 效果最佳的組合是2∶1，其次是1∶1和3∶1；當(dāng)總用酶量在9單位/克干廢紙水平時，2∶1和3∶1組合沒有明顯的差異。表1顯示2∶1組合中不同總用酶量的脫墨效果。從表1的脫墨結(jié)果來看，6個和9個單位/克干廢紙的用量對脫墨效果沒有明顯的區(qū)別，但從經(jīng)濟(jì)成本方面考慮，6個單位/克干廢紙生物酶無疑是最佳用量。
實(shí)施例2這項(xiàng)試驗(yàn)的主要目的是篩選出一種既有助于生物酶脫墨劑的長期保存又有助于增強(qiáng)生物酶的脫墨效果的添加劑。具報道，一些具有表面活化劑功能的多聚體，如聚乙二醇和吐溫對某些酶蛋白的穩(wěn)定性有一定作用，因此，我們首先采用這兩種多聚體化合物進(jìn)行試驗(yàn)。這項(xiàng)試驗(yàn)所用的吐溫-80，聚乙二醇為聚乙二醇-6000(PEG-6000)。在試驗(yàn)的第一階段，在生物酶脫墨劑中分別加入吐溫-80和聚乙二醇-6000，接著將酶液加熱至50℃，然后分別在1，2，4，6，8小時各時點(diǎn)取樣并檢測酶的活性。試驗(yàn)結(jié)果證明，吐溫-80對酶的熱穩(wěn)定性沒有明顯的作用，但聚乙二醇-6000對酶的熱穩(wěn)定性卻有十分明顯的作用(數(shù)據(jù)略)。在試驗(yàn)第二階段，我們接著驗(yàn)證聚乙二醇-6000在生物酶的長期保存中是否對酶的穩(wěn)定性具有明顯的效果。在生物酶脫墨劑中，分別加入1％和2％聚乙二醇-6000，然后將酶液儲存在自然溫度下，并每隔5天取樣檢測酶的活性。試驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行5個月。結(jié)果見圖1。沒有加入聚乙二醇-6000的樣品，5個月后其活性只有起始活性的30％以下，而加入2％聚乙二醇-6000的樣品則能保持90％的活性。加入1％聚乙二醇-6000的樣品也能保持進(jìn)70％的活性。這一結(jié)果表明，聚乙二醇對酶蛋白能起著很好的穩(wěn)定作用，其最佳用量為2％。
實(shí)施例3這是造紙廠生產(chǎn)工藝應(yīng)用性中試，目的是檢驗(yàn)所開發(fā)的生物酶脫墨劑在脫墨工藝中實(shí)際的應(yīng)用效果。第一階段在廣東省江門市新華造紙廠生產(chǎn)A類白板紙襯漿的混合新聞廢紙脫墨生產(chǎn)線進(jìn)行。該生產(chǎn)線采用非連續(xù)碎漿和浮選加洗滌等工藝。廢紙來源為自香港進(jìn)口的混合新聞廢紙，主要為舊報紙和低于10％的舊雜志紙。生產(chǎn)出來的廢紙漿白度要求為45％ISO以上，殘余油墨指標(biāo)為400ppm以下。該生產(chǎn)采用的常規(guī)化學(xué)脫墨法需要加入燒堿，化學(xué)脫墨劑，硅酸鈉和過氧化氫等化學(xué)品。這個階段的試驗(yàn)分兩期共10天。試驗(yàn)分兩組，一組只加生物酶脫墨劑(內(nèi)含有聚乙二醇-6000)，另一組在加入加生物酶脫墨劑的基礎(chǔ)上再加入200毫升/噸干廢紙的浮選劑(主要含有脂肪酸鹽類表面活化劑)。試驗(yàn)前在常規(guī)化學(xué)脫墨中分別在不同階段取樣作為對照。在試驗(yàn)中，生物酶的用量為6×106單位/噸干廢紙，聚乙二醇-6000的用量為40克/噸干廢紙(生物酶脫墨劑加上聚乙二醇-6000，共2升)。使用方法是，先在碎漿機(jī)鍋體中加入熱水(55-58℃)，再加入生物酶脫墨劑，然后加入廢紙(保持漿濃在12-15％)，接著開機(jī)連續(xù)碎漿25分鐘，再停機(jī)保溫15分鐘，最后放料。后續(xù)的工藝過程，包括篩漿，浮選和洗滌與化學(xué)法相同。在試驗(yàn)過程中，分別在不同階段和不同時間取樣并對白度，殘余油墨濃度，和其它紙質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行檢測。根據(jù)試驗(yàn)中浮選段的觀察，在只加生物酶脫墨劑的試驗(yàn)組中，浮選時發(fā)泡適中，油墨去除正常，浮選和洗滌后的白度和殘余油墨濃度指標(biāo)與添加浮選劑的效果沒有明顯的區(qū)別。而添加浮選劑的組合，發(fā)泡偏多，可能造成纖維流失。結(jié)果證明，聚乙二醇在廢紙脫墨過程中是一種良好的表面活化劑，對油墨粒子能起著分散和捕集等作用。而且作為生物酶脫墨劑的一組分，使用非常簡便。表2提供試驗(yàn)中的部分?jǐn)?shù)據(jù)與化學(xué)法脫墨中的一些數(shù)據(jù)的比較。結(jié)果表明，在混合新聞廢紙脫墨中采用生物酶脫墨劑，不須進(jìn)一步漂白就能達(dá)到化學(xué)法脫墨(包括漂白)的白度效果和相近的殘余油墨指標(biāo)，從而節(jié)省大量化學(xué)品，不僅大大提高包括環(huán)保在內(nèi)的綜合經(jīng)濟(jì)效益，而且可直接節(jié)省物料成本40％以上。按可比價格計算，每噸干漿約節(jié)省物料費(fèi)用60元人民幣。試驗(yàn)的第二階段在山東省五連縣連喜造紙廠新聞廢紙脫墨生產(chǎn)線進(jìn)行。該生產(chǎn)線生產(chǎn)新聞紙漿，采用非連續(xù)碎漿和多段連續(xù)洗滌工藝，無浮選工藝。紙漿白度要求達(dá)56％ISO以上，殘余油墨濃度指標(biāo)在150ppm以下。該線采用的傳統(tǒng)化學(xué)法脫墨包括使用化學(xué)脫墨劑，燒堿，硅酸鈉和過氧化氫。在這個階段的試驗(yàn)共進(jìn)行4天。在試驗(yàn)中，生物酶脫墨劑的用量與第一階段相同，碎漿溫度和加料順序也與第一階段相同。連續(xù)碎漿時間為35分鐘，然后加入0.35％燒堿和2％過氧化氫進(jìn)行漂白10分鐘。試驗(yàn)過程分階段取樣，檢測并與化學(xué)法脫墨的取樣效果進(jìn)行比較。試驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)用生物酶脫墨劑可取代化學(xué)脫墨劑和硅酸鈉，節(jié)省燒堿75％和過氧化氫30％，并能達(dá)到化學(xué)法脫墨同樣的白度和殘余油墨濃度指標(biāo)(數(shù)據(jù)略)。按可比價格計算，可節(jié)約物料成本25-30％。
表1不同用量生物酶脫墨與化學(xué)法脫墨效果的比較脫墨處理 生物酶用量*白度％ISO 抗張強(qiáng)度指數(shù)耐破指數(shù)單位/克干廢紙Nm/gKpam2/g未脫墨漿- 34.8 20.61.15化學(xué)法**脫墨 - 50.7 23.01.204 47.8 26.11.18生物酶法6 50.5 24.31.20脫墨9 50.8 22.91.17*在生物酶脫墨劑中木聚糖酶與纖維素酶比例為2∶1；聚乙二醇用量為40微克/克干廢紙。
**化學(xué)法脫墨用1％化學(xué)脫墨劑，1.5％燒堿，3％硅酸鈉和2％過氧化氫。
表2在混合新聞廢紙脫墨工藝應(yīng)用生物酶脫墨劑與化學(xué)法脫墨效果的比較脫墨方法取樣號 白度％ISO 殘余油墨抗張指數(shù) 撕裂指數(shù)濃度ppm Nm/g mN.m2/g151.7 200.1 19.92 9.35化學(xué)法 248.9 232.4 18.74 8.35平均 50.3 216.3 19.33 8.85149.3 327.1 19.31 7.50251.4 235.9 18.35 7.64生物酶法348.6 336.6 16.83 8.10平均 49.8 299.87 18.16 7.7權(quán)利要求
1.一種混合新聞廢紙生物酶脫墨劑的組份及應(yīng)用方法，其特征是生物酶脫墨劑配方組分由木聚糖酶，纖維素酶和聚乙二醇混合組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述混合新聞廢紙生物酶脫墨劑的應(yīng)用方法，其特征在于木聚糖酶與纖維素酶的最佳比例為2∶1，可變動范圍為1∶1至3∶1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述混合新聞廢紙生物酶脫墨劑的應(yīng)用方法，其特征在于聚乙二醇在生物酶脫墨劑中的最佳含量為2％，最低含量為1％以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物酶脫墨劑，其特征是用于含70％以上新聞廢紙的任何廢紙的脫墨。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的生物酶脫墨劑，其特征在于混合新聞廢紙脫墨工藝中的最佳用量為6×106單位/噸絕對干廢紙，最低用量為4×106單位/噸絕對干廢紙。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木聚糖酶，其特征是木聚糖酶為來源于木霉(Trichoderma Iongibrachiatum)RT-19菌株的β1，4-內(nèi)切木聚糖酶。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的聚乙二醇，其特征是聚乙二醇在混合新聞廢紙脫墨工藝中的最佳用量為40克/噸絕對干廢紙，最低用量為30克/噸絕對干廢紙。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、3、7所述的聚乙二醇，其特征是聚乙二醇用于作為酶蛋白的保護(hù)或穩(wěn)定劑和作為廢紙脫墨中的表面活化劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、3、7所述的聚乙二醇，其特征是包括不同的分子量。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、3、7所述的聚乙二醇，其特征是在生物酶脫墨劑中加入或在脫墨中直接加入與聚乙二醇結(jié)構(gòu)和功能相似的多聚體或異聚體化合物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混合新聞廢紙生物酶脫墨劑的組分以及應(yīng)用方法，提供了一種新的以木聚糖酶和纖維素酶以及一種被稱為聚乙二醇的多聚體為組成的生物酶脫墨劑。這種生物酶脫墨劑適合于混合新聞廢紙的脫墨。從脫墨和漂白效果及經(jīng)濟(jì)效益等因素考慮，最佳用量為混合酶6×10
文檔編號C09D9/00GK1664026SQ20041001551
公開日2005年9月7日 申請日期2004年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月2日
發(fā)明者蔡親蔭 申請人:比奧生物科技(深圳)有限公司