1、 哈尔滨商业大学毕业设计（论文） 淀粉酶和木聚糖酶用于铜版纸协同脱墨的研究 学 生 姓 名： 指 导 教 师： 专 业 班 级： 印刷工程 学 号： 学 院： 轻工学院 二 XX 年六月八日 哈尔滨商业大学毕业设计（论文） I 摘 要 废纸的回收再利用的应用日益广泛， 而废纸在加工中一个重要的工艺环节就是脱墨。传统化学法脱墨已经在实际生活中得以应用，脱墨效果也很佳，但对于生成后的纤维损害却比较大，纤维得率降低，导致纸张性能有一定的缺陷，对废水污染也相对严重。相对于它来讲，酶法脱墨不但拥有良好的脱墨效果，脱墨后生成的纤维得率高，造出 的纸成纸性能好，且能减轻废水污染的负荷。因此也受到广大人们的普
2、遍关注。 本文主要探究淀粉酶和木聚糖酶对铜版纸的脱墨效果，对影响其脱墨效果酶的用量、温度和反应时间等参数进行优化，进而确定淀粉酶和木聚糖酶脱墨的最佳工艺条件。将淀粉酶和木聚糖酶进行复配，以淀粉酶为主，通过淀粉酶和木聚糖酶配比的确定，获得比单酶脱墨效果更好的复合酶淀粉酶 /木聚糖酶。 关键词 ：脱墨；淀粉酶；木聚糖酶 哈尔滨商业大学毕业设计（论文） II Abstract The reuse of waste paper recycling is increasingly widespread, The paper in processing is an important aspect is
3、the de-inking process. Traditional chemical deinking has been applied in real life, deinking effect is also very good, but after generation fiber damage than larger fibers yield decreased, resulting in paper properties have some flaws, is also relatively severe pollution of water . With respect to i
4、ts terms, not only has a good deinking enzymatic deinking effect, fiber and high yield after inking generated good performance create the paper into the paper, and can reduce the wastewater pollution load. So also been widespread concern of the majority of people. Paper mainly explored amylase and x
5、ylanase on coated paper deinking effect, affecting their deinking amount of enzyme, temperature and reaction time and other parameters are optimized, and to determine the amylase and xylanase deinking most good conditions. The amylase and xylanase enzyme complex to amylase mainly through amylase and
6、 xylanase ratio is determined to get a better effect than single enzyme deinking enzyme amylase / xylanase . Keywords: enzymatic; amylase; xylanase 哈尔滨商业大学毕业设计（论文） 1 目 录 摘 要 . I Abstract . II 目 录 . 1 1 绪论 . 1 1.1 研究背景 . 1 1.2 研究目的与意义 . 1 1.2.1 研究目的 . 1 1.2.2 研究意义 . 2 1.3 国内外发展现状 . 2 1.3.1 国外发展现状 . 2
7、 1.3.2 国内发展现状 . 3 1.4 脱墨简介 . 4 1.4.1 油墨成分 . 5 1.4.2 油墨的印刷种类 . 5 1.4.3 脱墨技术分类 . 5 1.4.4 脱墨特点 . 6 1.5 生物酶脱墨技术的机理及常用生物脱墨酶简介 . 7 1.5.1 生物酶脱墨技术的机理 . 7 1.5.2 常用生物脱墨酶 . 8 1.6 酶法脱墨在废纸浆中的应用 . 9 1.6.1 单酶在废纸脱墨中的应用 . 9 1.6.2 脱墨酶的复配以及在废纸脱墨中的应用 . 9 1.6.3 影响酶法脱墨的因素 . 10 1.6.4 废纸脱墨效果的评价方法 . 11 1.7 本课题主要研究内容 . 11 2
8、废纸脱墨实验 . 12 2.1 实验材料及设备 . 12 2.1.1 实验材料 . 12 2.1.2 主要仪器 . 12 表 2-2 主要实验仪器 . 12 2.2 实验方法 . 13 哈尔滨商业大学毕业设计（论文） 2 2.2.1 实验流程 . 13 2.2.2 实验分组设计 . 14 3 实验 结果与讨论 . 17 3.1 实验数据分析 . 17 3.1.1 淀粉酶的实验分析 . 17 3.1.2 木聚糖酶的实验分析 . 19 3.1.3 淀粉酶和木聚糖酶复配的实验分析 . 22 3.2 本章小结 . 27 结论 . 28 参考文献 . 29 致 谢 . 31 哈尔滨商业大学毕业设计（论文
9、） 1 1 绪论 1.1 研究背景 近年，随着森林资源的日趋短缺和人们对环保意识的不断增强，废纸回收利用越来越受到人们的重视，越来越多的造纸人士将研究的目光投向了废纸回收 ,这使得废纸的回收利用比率在全世界各国也有较大幅度的提升 ,而我国更是注重废纸的回收利用， 2001 年我国的废纸利用率仅为 44.0%，到 2007 年废纸回收增长巨大，提高至 59.3%， 2010 年达到 63%，并且伴随着造纸工业的快速发展而有很大的提升空间。同时，对进口废纸的重复利用也不断得到重视，进口废纸在所有废纸的比重也在不断攀升， 2001 年，该比重仅为 38.1%，到 2007 年提升至 44.9%，比例
10、增加明显 1, 但仍低于 47.7%的世界平均水平，更远远低于发达国家的 70%左右水 2。在我国废纸回收具有更大的发展空间。就目前而言，旧报纸、混合办公废纸、旧书籍纸是最常用于回 收利用的脱墨废纸。在印刷油墨复杂度不断提升以及快速不断发展的油墨印刷技术，这使得如何让废纸有效脱墨变白显得尤为重要，因此，不少研究人员也将目光关注于废纸处理的方法技术。尽管废纸脱墨技术已臻成熟，但因二次纤维回收利用中仍然存在着许多问题等待着我们进一步的去解决。因为是作为二次回收利用的纤维，这就使得纤维强度、滤水性能都大大降低，并且在废纸的回收再利用过程中，胶粘物等杂质的存在也为生产带来很多麻烦。而伴随着对生物科学技
11、术的不断认识和高速的发展，其在造纸行业中的应用也越来越广泛，利用生物酶蛋白辅助废纸脱墨、纸浆二 次纤维的改性，以求达到完善二次纤维品质同时减少造纸等方面对环境污染的目的。 1.2 研究目的与意义 1.2.1研究目的 由于回收的废纸印刷方式和其使用的油墨具有特殊性 ,使得传统脱墨的方法对废纸脱墨的效果不理想 ,主要原因是传统的碱法脱墨不能让回收的再利用的废纸使用非接触式印刷的油墨皂化而进行脱除。现在用酶法脱墨能有效的处理并解决回收再利用的废纸的脱墨 ,酶能适当地打断纤维与油墨之间的联接并让废纸上的大油墨脱离纤维的表面 ,同时用酶法脱墨还能够起到增强浆料的虑水性和部分强度指标 3。酶法脱墨 和用传
12、统的化学方法脱墨比较来看 ,利用 酶法脱墨能减轻能耗 ,降低对环境的污染 ,而且 脱墨效率高。通过对本课题的系统研究，找出各种酶之间脱墨的最佳条件和比例，达到提高利用率和减少对环境污染的目的。 哈尔滨商业大学毕业设计（论文） 2 1.2.2研究意义 由于现今面临着资源、环境和能源日益严重的问题 ,使得 二次纤维已经成为制浆造纸工业中一种非常重要的纤维来源。 我国造纸纤维原料今后会很长一段时间的主要来源来自废纸回收利用，在脱墨过程中现在存在着许多各种各样的问题，这些问题必须尽快得到解决， 利用废纸不但可以保护现有的森林资源 ,还可以减少对环境的污染 这对于减轻 造纸工业的环境压力，促进节能减排有
13、着巨大而深远的意义。 所以本文选此课题，希望通过对几种酶之间的协同作用来脱墨，找出各种酶之间脱墨的最佳条件和比例，提高利用率，减少环境污染，并且对于酶法脱墨的发展具有很重要的意义。 1.3 国内外发展现状 1.3.1国外发展现状 1991 年 ,韩国学者 4第一次报道了使用纤维素酶和木聚糖酶能有效的将废报纸上的油墨脱除。从此以后 ,全世界各国的学者开始陆续的对酶法脱墨进行研究 ,并使得关于酶法脱墨的专利申请数量和获得批准数量大幅度上升 。 Putz、 Prasad和 Eom 等研究了废报纸用不同印刷方式印刷对酶法脱墨的影响效果 ,从而获得了确切的 结果。美国乔治亚大学 5于 1995 年 10
14、 月建成废纸脱墨中试工厂 ,并于1996 年开始中试。结果表明与传统的方法相比，通过这种方法得到的废纸浆其强度和白度都更高 ,并且其 滤水性能好，尘埃度低 ,对环境的污染少。从这次的实验结果表明，用酶法脱墨技术对废纸脱墨的工业化进程越来越近了。 Baret 等人 6对混合办公废纸 (MOW)进行了用中性纤维素酶脱墨效果的研究。结果证明 ,先用 碱性化学品对浆料进行处理之后再用中性纤维素酶进行处理 ,从而进一步提升了 油 墨去除率和纸浆白度 ,进而得出使用中性纤维素酶不易对化学预处理 的纸 浆进行 处理 。美 国林产 品实 验室 US-DAS Forest Products Laboratory
15、(FPL)报道 7,纤维素酶能提高不含磨木浆的非接触印刷纸的脱墨效率 , 酸性纤维素酶脱墨效果要低于中性纤维素酶。在中试结果与实验室中这两种酶结果一致 ,如其中一种酶在实验室脱墨效率为 96%,中试结果为 94%。进而进行了一次实验使用纤维素酶对 2300 kg100%的激光印刷办公废纸连续处理。得出在纸浆中的残余油墨粒子大幅度下降 ,纸浆的白度和油墨的游 离度都上升 ,而纸浆强度和纤维长度并未受此影响。法国一个研究小组 8的研究结果也表明 ,在碱性化学浆的脱墨过程中中性纤维素酶有助于墨粉的脱除 ,并达到了 提高纸白度的效果。 Franks9对复印纸和激光打印纸利用纯碱性纤维素酶处理脱墨效果的
16、研究 ,结果证明 ,相对对照样品 酶脱墨纸浆白度有较大的上升 (约升高 4 个 ISO 单位 ),哈尔滨商业大学毕业设计（论文） 3 与对照样品相比酶脱墨残余油墨面积 (尘埃度 )比面积减少 94%,纸浆强度和游离度都有所上升 ,这些纸主要组成成分是漂白针叶木化学浆 ,所以纤维素酶可能会对化学浆的纤维分布有一定影响。他们也对纤维素酶的单组分和多组分对 MOW的脱墨效果进行了对比研究 ,结果证明 ,这两种酶对纸浆尘埃的下降和白度的增强拥有相似的规律。因此 ,脱墨效果的评价标准用白度表达是合适的 ,研究还表明 ,多组分分析纤维素酶系统中的单组分酶对不含磨木浆的非接触印刷纸的脱墨起着主要的作用。 H
17、eise 等人 10对酶法脱墨进行了非接触印刷的工业性实验研究 ,从中 发现很少用量的商品酶与表面活性剂共用能使酶法脱墨效率大幅度提升。酶脱墨浆的白度比对照实验上升了 2 个百分点 , ,废水污染负荷低， 耗氧量和毒性更低，纸浆的物理强度和滤水性能都有所改善。欧洲某造纸厂 11用含有甘露聚糖酶、木聚糖酶、淀粉酶和脂肪酶的混合酶结合非离子型表面活性剂 ,对 100%化学木浆基涂布纸废纸进行脱墨 ,得出 比常规方法利用化学药品脱墨效果更优异。利用酶对废纸脱墨 ,能够 明显增强浆料白度并减少脱墨后浆料中的尘埃和纤维素量。 美国有关专家 12研究了 7 种具有木聚糖酶和纤维素酶活性的工业酶的废纸脱墨效
18、果。在研究中得出这些酶中大部分比传统的化学方法在用于无触点印刷纸脱墨时更有效 :可省略浮选和用于洗涤普通脱水与分散步骤。在对旧报纸和 白帐本纸利用酶处理弱酸性浮选脱墨之前 ,先用纤维素水解酶进行预处理。相比较传统的脱墨法 ,酶处理不但使成浆的游离度高，纸浆强度和亮度也相对提升。 Jeffries等人 13对酶法脱墨碎浆时浓度分别为 3%、 6%和 12%时的脱墨效果进行研究 ,他们从中得出碎浆浓度越高 ,其酶法 脱墨的效果越好。 1.3.2国内发展现状 在现代社会科技中用于废旧报纸（ ONP）脱墨的主要有脂肪酶半纤维素酶、纤维素酶和漆酶等，用于办公废纸生物脱墨剂的主要有纤维素酶、脂肪酶、淀粉酶
19、以及漆酶 14。尤纪雪等 15在研究脱墨过程中添加不同复配比的漆酶和淀粉酶对脱墨效果产生的影响，发现但二者比例为 40:60 时脱墨效果最好；随后，使用碱抽提辅助脱墨，脱墨浆白度和油墨脱除率高达 91. 6% 和 92. 1%。相比传统化学法，脱墨浆的白度、油墨脱除效率、撕裂指数和裂断长分别提高 7.1%、 14.2%、11.3% 和 14.7%。冀亚超等 16研究了 ONP 脱墨的中试试验中发现利用生物酶脱墨剂脱墨废旧报纸生产的纸张符合生产要求，多项指标（白度、有效残余油墨浓度、尘埃度）达到行业规范。王燕蓬等 17利用纤维素酶和半纤 维素酶与漆酶 /介体对美国 8#废纸进行协同脱墨研究，研究
20、结果表明二者对废旧报纸具有协同脱哈尔滨商业大学毕业设计（论文） 4 墨作用，而且浆料中的有效残余油墨浓度（ ERIC）和尘埃度与单独使用一种酶时均有所降低。李海军等 18进行了生物酶法和传统化学法在废纸碎浆和浮选工艺中的脱墨实验，结果显示碱性脂肪酶类生物酶脱墨剂不仅能够控制纤维流失，而且具有比一般化学脱墨剂更理想的脱墨效果。这些研究表明，生物酶，作为一种新型脱墨剂，可以很好地起到脱墨效果，并且脱墨废水的各项指标要优于传统化学法脱墨，在生物酶脱墨机理尚不清楚的状况下，有必要对生物酶脱墨机理 进行深入研究和系统的阐释。 1.4 脱墨简介 脱墨 其实 就是采用合理的方法破坏油墨粒子对纤维的黏附 ,并
21、且 将油墨从废纸中除去，这个过程就叫做脱墨。因色料本身具有颜色 ,其 被连接料黏附在纤维表面 ,使得其 难以彻底除去 ,这 对再生浆的白度产生一定的影响 ,连接料是黏稠的胶粒状流体物质 ,既是作为色料的载体也是使色料固着的黏合剂。在选择连结料的时候，选择连结料颜色浅的，这样对色料本身的影响最小，对再生浆的颜色影响最小，但是因为连结料具有黏性，这使得在脱墨的时候要将其包含的色料除去变得很困难，从而影响了生产的再生浆；助剂能够让油墨变得对各种印刷环境的填料和辅助剂适应来达到对油墨性能的改善。一般情况下辅助剂添加的越少对造纸脱墨的影响越小。目前，众多的填料能与热碱发生反应对脱墨后的白度产生影响，而其
22、用量又根据色料的不同产生差异。 将油墨从纤维上分离出来需要其在恰当的温度和机械力的作用。这个整个过程 主要分为三步 : 1）纤维的润涨分离 回收的废纸在打浆机中会发生润涨，其在打浆机中受到剪切和摩擦的作用下，疏解成纤维，同时为使油墨能更好的脱出，降低其对纤维的黏附，还需加入其他助剂。 2）油墨从纤维上的脱落 纤维和油墨在水中氢氧化钠或碳酸钠等的作用下发生润涨，纤维和油墨的结合力在表面活性剂等化学药品的作用下受到破坏 ,在外力打浆机的作用下，大面积的油墨会成片脱落，而 对于固着好的油墨则以小颗粒的形式从大块的油墨表面剥离。 3）油墨粒子从浆料中除去 油墨粒子表明性质由于纤维在化学药品等作用下脱落
23、后发生了改变，散落在水中各处，为防止油墨粒子重新回到纤维上，需要加入一定的分散剂和吸附色料哈尔滨商业大学毕业设计（论文） 5 的粒子等化学药品。最后通过浮选或洗涤法等脱墨技术除去。 1.4.1油墨成分 油墨主要由颜料、连接料、填料、附加料等组成 19，是用于包装材料印刷的一种重要材料，印刷使用的油墨其中主要包括原料和助剂，这两种组分通过均匀地混合而形成一种粘性胶状流体，从而用于油墨印刷。其主要成分如图 1- 1 所示： 图 1-1 油墨的组成成分 1.4.2油墨的印刷种类 油墨通过不同的印刷方式粘附在纤维上，而不同的印刷方式会导致脱墨易程度不同，根据不同 的油墨及印刷方式不同，选择合适的废纸脱
24、墨工艺 20，印刷油墨的几种印刷方法大致可以分为以下几种： 1）丝网印刷：用丝网作为版基，制造出带有图文的丝网印版，通过利用丝网印版，油墨可以通过图文部分的网孔透过，非图文部分网孔不能使油墨透过。 2）凹版印刷：属于直接印刷，印版图文部分凹下且深浅不同，空白部分凸起并在同一平面上 21。 3）凸版印刷：空白部分低于图文部分，且处于同一半径的弧面上，并在图文部分涂布油墨，通过压力作用，使图文印迹转移到承印物表面的印刷方法。 4）平版印刷（胶版印刷）：图文和空白几乎在同一平面上差别微乎其微。 利用油、水互不相溶的原理，使图文部分亲油，非图文部分亲水。 1.4.3脱墨技术分类 1）洗涤法 脱墨技术中有一种非常古老但使用却是最广的方法就是洗涤法。其方法是对
