废纸酶脱墨技术

废纸酶脱墨技术

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废纸酶脱墨技术

废址酶脱墨技术

近年来，由于资源短缺和环境污染等原因，废纸的回收利用受到了越来越多的关注，废纸回收率逐步上升，废纸再生工艺不断改革。废纸再生的关键步骤是废纸的脱墨。目前，用于脱墨的废纸主要是废旧新闻纸（ＯＮＰ）、废旧杂志纸（ＯＭＧ）和混合办公废纸（ＭＯＷ）。随着印刷技术的发展，废纸脱墨的难度越来越大。废纸脱墨的主要方法有化学法和生物酶法。

传统的化学法脱墨通常使用氢氧化钠、硅酸钠和双氧水来处理废纸，使油墨在强碱等化学作用力和机械作用力下从纤维的表面脱落，然后通过洗涤或浮选或两者相结合的方式将油墨除去，虽然应用广泛，但存在纸张发黄、纸张强度下降、脱墨效果不佳、环境污染严重等诸多缺点。生物酶法脱墨是利用酶处理废纸纸浆，并辅以浮选或洗涤，从而除去油墨，是一项环境友好的新型脱墨技术，酶在脱墨过程中起着生物催化的作用。相比于化学法脱墨，酶法脱墨具有效果好、范围广、能耗少、污染轻、成本低等显着优势，既可以减轻大量使用化学品而造成的环境污染，又可以提高纸浆的抄造性能，是一种潜力很大的废纸脱墨方法，已成为国内外废纸回用研究的热点，有可能逐步取代传统化学法而应用于工业生产。

１、废纸脱墨工艺

脱墨是通过脱墨剂和机械力等作用，使油墨颗粒与纤维分离，并从纸浆中除去，得到新鲜纸浆的工艺过程。目前，实验室采用的废纸脱墨工艺主要包括碎纸、碎浆、浮选、抄纸４大步骤。其中，碎纸是对废纸

的预处理，一般流程是陈化、撕碎和浸泡；碎浆是对废纸进行机械处理、化学或生物试剂处理，将废纸碎裂成为纸浆，将纤维上的油墨剥离并分散；浮选是将油墨和纸纤维进行分离，利用添加表面活性剂产生的稳定泡沫将纸浆中分散的油墨带走，得到干净的纤维；最后在抄纸机上进行抄纸。

２、生物酶法脱墨机理

２．１纤维素酶／半纤维素酶的脱墨机理

纤维素酶和半纤维素酶是最常用的废纸脱墨酶。一个完整的纤维素酶系通常由作用方式不同而能相互协同催化水解纤维素的三类酶组成，即内切葡萄糖苷酶（内切酶）、外切葡萄糖苷酶（外切酶）和β－葡萄糖苷酶。一般来说，内切酶随机地水解无定形纤维素，释放纤维寡糖；外切酶水解纤维寡糖以及结晶度高的纤维素，从纤维素链释放纤维二糖；β－葡萄糖苷酶主要水解纤维二糖和纤维寡糖，产生葡萄糖。

类似于纤维素酶，半纤维素酶的作用底物是半纤维素，主要以木聚糖酶为主，包括内切木聚糖酶、外切木聚糖酶和木糖苷酶３种。酶解产物是各种低聚糖和少量葡萄糖。

因为纤维素酶和半纤维素酶的复杂性，它们的脱墨机理尚不完全清楚，一些学者根据自己的实验结果提出了推测性的假说。Ｚｅｙｅｒ等提出，机械作用导致纤维表面纤维素链的破坏，使油墨与纤维素结合部位突起，提高了酶对纤维的可及度，因此酶的水解作用可以轻易使油墨从纤维上脱离。Ｊｅｆｆｅｒｉｅｓ认为，酶的作用实际上可能只是一种间接作用，仅增加了油墨颗粒的疏水性，从而改善了纸浆的自由度，

使表层纤维疏松，脱墨变得容易。有实验证实，半纤维素酶在促进废旧新闻纸的脱墨时伴随着木质素的释放，从而推测半纤维素酶主要是通过破坏木质素－碳水化合物的连接键，从而释放木质素，油墨随之脱除。由此可见，纤维素酶和半纤维素酶主要是破坏了油墨附着纤维层与下层纤维之间的连接作用，从而达到了脱除油墨的目的。

２．２漆酶的脱墨机理

漆酶（Ｌａｃｃａｓｅ）是一种木质素降解酶，分为漆树漆酶和真菌漆酶，广泛分布于真菌分泌物、高等植物等体内。漆酶能够在氧气存在的条件下选择性催化氧化木质素。木质素是造纸原料木材的主要成分之一，漆酶通过降解木质素来切断油墨粒子和纤维的连接，从而分离油墨和纤维。由于漆酶的氧化还原电位较低（对标准氢电极约３００～８００ｍＶ），单独使用时活性很低，反应缓慢，而且不能氧化降解在木质素结构中占大多数的非酚型结构单元。但是，在有氧气和介体存在时，漆酶具有了氧化非酚型结构的能力。漆酶在介体（以ＡＢＴＳ为例）和氧气存在的条件下通过氧、漆酶、介体和木质素之间的氧化循环来完成脱木质素或漂白的过程。溶液中的氧首先氧化漆酶，氧化的漆酶再氧化介体使其成为共介体，共介体的尺寸较小，能够扩散到纸浆中氧化木质素，其中介体的作用十分重要。理想的介体必须是漆酶的良好底物，它的氧化态和还原态必须是稳定的，而且又不影响漆酶的反应；另外，介体氧化还原的转化必须是循环的。常用的介体是一些酚类化合物和杂环化合物，如卟啉类化合物等。

２．３脂肪酶的脱墨机理

脂肪酶是一类广泛存在于多种微生物中的生物催化剂，其天然作用底物为三酰甘油酯，能够将酯键水解，释放甘油二酯、甘油一酯、甘油以及游离脂肪酸。脂肪酶是重要的工业酶制剂品种之一，可以催化解脂、酯交换、酯合成等反应。近年来，脂肪酶在废纸脱墨等方面的新用途也逐渐发展起来。脂肪酶可以直接进攻油墨的连结料，使其降解，使油墨从纤维中分离出来。脂肪酶的催化活性中心是由丝氨酸（Ｓｅｒ）、组氨酸（Ｈｉｓ）和谷氨酸（Ｇｌｕ）或天冬氨酸（Ａｓｐ）构成的三联体组合，它们之间由氢键相连。正常情况下，丝氨酸蛋白酶暴露在表面，而脂肪酶活性中心隐藏在内，表面被疏水氨基酸残基形成的α螺旋结构覆盖，对三联体起到保护作用。当脂肪酶与反应界面接触时，表面盖型结构打开，疏水残基、活性位点暴露，脂肪酶处于活化构象，可以进行催化反应。

脂肪酶对处于溶解状态下的底物几乎没有活性，当底物浓度逐渐增加到超出其溶解度极限时，其活性明显增加，这种现象被称为“界面活化”，其分子基础是酶分子的构象变化。“界面活化”现象可以激发脂肪酶盖型结构的开启，从而使活性中心暴露出来。脂肪酶的催化作用依赖“界面反应”，但在废纸脱墨过程中，脂肪酶颗粒受到纤维素的连接力，不易形成明显的反应界面，这也是脂肪酶脱墨尚需解决的问题。3、酶法脱墨和传统化学法脱墨的比较

传统脱墨工艺及缺陷

传统废纸的脱墨工艺分为洗涤法和浮选法两大类。洗涤法设备简单,投资小,但用水量大,环境污染负荷大,大多见于中小型企业。现代大型脱