復配生物酶廢紙脫墨劑的制備與應用研究

王百軍，呂 程

（常熟理工學院化學與材料工程學院，江蘇 常熟 215500）

由于資源、環境和能源的問題，二次纖維在世界范圍內已經成為制漿造紙工業一種重要的纖維來源。而作為廢紙回用關鍵技術之一的脫墨生產工藝也成為當今國內外研究的熱點［1］。目前脫墨方法研究的重點有堿性脫墨法［2］、超聲波脫墨法［3］、酶脫墨法［4~5］、附聚脫墨法等。 酶法脫墨是一種具有良好應用前景的生物技術，是用酶浸蝕油墨或纖維表面，使油墨分離，經洗滌或浮選除去。與傳統的化學法脫墨相比，酶脫墨法具有明顯的優點［6~7］：可以降低能耗，減輕環境污染，脫墨效率高，所得漿料物理強度好，白度高，塵埃度低，殘余油墨量低，濾水性能好。本文研究將脂肪酶與纖維素酶和表面活性劑通過復配對廢舊新聞紙進行脫墨，以脫墨漿的白度和紙漿得率為主要考察指標，從中篩選出一種脫墨效果較好的復配生物酶脫墨劑配方，并對其脫墨工藝條件進行優化。

1 實驗

1.1 儀器和試劑

WD-5全自動白度計，PL4-2型變頻調速打漿機，EL204電子天平，DHG-9075A型電熱恒溫鼓風干燥器，SHB-ⅢS循環水式多用真空泵，JJ-1精密定時電動攪拌器，HH-2數顯恒溫水浴鍋。

纖維素酶，脂肪酶（食品級）；十二烷基苯磺酸鈉，硫酸，氫氧化鈉，雙氧水，硅酸鈉（均為分析純）；廢新聞紙（市售）。

1.2 實驗方法

1.2.1 脫墨劑的復配調制

實驗中，保持表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉（SDBS） 的 質 量 占 絕 干 廢 紙 質 量 的 1.0%［8］， 將SDBS配成水溶液，調節pH至中性，分別將纖維素酶和脂肪酶溶解在溶液中，裝入錐形瓶A和錐形瓶B中，將A和B以不同的比例進行調制，待用。

1.2.2 廢舊新聞紙脫墨

（1）碎解：將廢舊新聞紙撕成2cm×2cm的碎片，置于變頻調速打漿機中，加水，碎解。

（2）熟化、脫墨：將碎好的紙漿用熱水稀釋到一定濃度后，置于500mL燒瓶中，并加入配好的脫墨劑溶液、Na2Si O3、H2O2，調節好溫度和濃度，進行電動攪拌。

（3）浮選、洗滌：將熟化好的漿料用熱水稀釋至指定浮選濃度，用JJ-1精密定時電動攪拌器攪拌浮選。浮選后用0.178mm紗袋充分洗滌，然后稍微甩干。

（4）抄片：用抽濾漏斗將洗滌漿抽濾，抄片，并用鼓風干燥器烘干。

1.2.3 性能測試

（1）紙張ISO白度的測定：用WD-5全自動白度計測定，采用國際標準化組織規定的ISO白度標準。

（2）紙漿得率的測定：

2 結果與分析

2.1 不同配比的生物酶脫墨實驗

保持SDBS的質量為1.0%（對絕干廢紙），脫墨劑質量為0.3%（對絕干廢紙），pH為7，碎漿濃度為10%，熟化時間為30 min，熟化溫度為50℃；浮選濃度為1.0%，浮選時間為 10 min，浮選溫度為50℃。在此條件下用不同配比的生物酶對廢新聞紙進行脫墨，并將脫墨結果與不加生物酶的空白實驗作對比，其實驗結果見表1。

表1 纖維素酶／脂肪酶配比對脫墨影響

由表1可以看出，和空白組對比，在加入生物酶后，白度有明顯提高，這表明酶試劑的加入能夠促使油墨粒子從紙纖維上脫落。當纖維素酶／脂肪酶比超過6∶4時，隨著纖維素酶的比例升高，白度有所下降，綜合考慮，本實驗取纖維素酶 ／脂肪酶為 6∶4。

2.2 生物酶用量對脫墨效果的影響

合適的酶用量對脫墨效果有很大的影響。改變生物酶用量的質量比例，其它實驗條件同2.1，實驗結果如表2。

表2 生物酶用量對脫墨效果的影響

由表 2可以看出，酶用量在 0.05%～0.3%時，白度隨酶用量的增大明顯增加；而酶用量在0.3%～0.5%時，白度隨酶用量的增加，變化幅度很小；紙漿得率則一直隨著酶用量的增加而降低。綜合白度和紙漿得率的變化情況，本實驗取生物酶用量為 0.3%（對絕干廢紙）。

2.3 紙漿濃度對脫墨效果的影響

改變紙漿濃度，其它實驗條件同2.1，實驗結果如表3。

表3 漿濃對對脫墨影響

由表3可以看出，隨著紙漿濃度的增加，白度先增加，后下降，紙漿得率基本呈上升趨勢。這是因為隨著碎漿濃度的增加，酶與機械協同作用，白度增加，但漿濃大于10%后，水的含量過低，不利于纖維充分潤脹，削弱了油墨粒子的分離效果，所以白度反而下降。本實驗中，取碎漿濃度為10%。

2.4 pH對脫墨效果的影響

pH值是酶催化反應的主要環境條件，酶反應速度最大的pH值是最適當的pH值，過大或過小的pH值會使酶失活，而影響脫墨效果。改變溶液pH值，其它實驗條件同2.1，實驗結果見表4。

表4 pH值對脫墨效果的影響

由表4可看出，pH對脫墨過程有較大的影響，合適的pH值有利于加快酶反應。當pH＝6.0時，白度最大，紙漿得率最低，說明此時的酶反應的脫墨效果最好。本實驗中，取pH值為6.0。

2.5 熟化溫度對脫墨效果的影響

改變熟化溫度，其它實驗條件同2.1，實驗結果如表5。

表5 熟化溫度值對紙漿白度的影響

由表5可以看出，熟化溫度應控制在60℃，熟化溫度過高或過低都會使紙漿的白度受到影響。這是因為溫度對酶的活性有著直接的影響。

2.6 熟化時間對脫墨效果的影響

改變熟化時間，其它實驗條件同2.1，考察熟化時間對紙漿白度的影響，結果見表6。

表6 熟化時間對紙漿白度的影響

由表6可以看出，適當的熟化時間可以提高紙漿白度，熟化時間過長，白度反而下降，這是因為隨著機械攪拌的時間加長，纖維間的摩擦加劇，油墨粒子細小化，纖維也細小化，導致毛細現象加劇，油墨粒子重新吸附在細小纖維中，又造成紙漿白度下降。本實驗中，最佳熟化時間為30 min。

2.7 浮選溫度對脫墨效果的影響

改變浮選溫度，其它實驗條件同2.1，考察浮選溫度對紙漿白度的影響，實驗結果如表7。

表7 浮選溫度對紙漿白度的影響

由表7可以看出，浮選溫度在50℃時較為合適。超過50℃，紙漿白度降低，這是因為浮選過程中所產生的泡沫的穩定性隨著溫度的繼續提高而急劇下降，使得已吸附在泡沫上的油墨粒子在泡沫被除去之前隨著泡沫的消泡而重新回到廢紙漿的懸浮液中。

2.8 浮選時間對脫墨效果的影響

改變浮選時間，其它實驗條件同2.1，考察浮選時間對紙漿白度的影響，結果見表8。

表8 浮選時間對紙漿白度的影響

由表8可以看出，脫墨漿的白度隨著浮選時間的延長而增大。在浮選的起始階段，脫墨漿白度隨著時間的延長提高很快，但當浮選時間超過10 min后，脫墨漿的白度隨著時間的延長變化不大。考慮到能耗和效率，浮選時間定為10 min。

3 結論

（1）采用纖維素酶和脂肪酶與表面活性劑進行復配合成脫墨劑，當纖維素酶和脂肪酶比例為3∶2 時，生物酶質量占 0.3%（對絕干廢紙），十二烷基苯磺酸鈉的質量占1.0%（對絕干廢紙），脫墨效果最佳。

（2）較優的生物酶脫墨工藝為：碎漿濃度為10%，pH值為6.0，熟化溫度為60℃，熟化時間為30 min，浮選溫度為50℃，浮選時間為10 min。在此條件下，脫墨劑的脫墨結果令人滿意。

［1］ 劉秉鉞，韓穎.再生纖維與廢紙脫墨技術［M］.北京：化學工業出版社，2005.159-172.

［2］ 張本雷.堿性脫墨新探討［J］.中華紙業，2009，（16）：100-103.

［3］ 張美云譯.超聲波用于激光打印紙脫墨［J］.國際造紙，1998，17（1）：14-17.

［4］ 田野，劉鵬，楊秀麗.酶法廢紙脫墨的研究進展［J］.江蘇造紙，2010，（4）：22-26.

［5］ Viesturs U.， Leite M.， Eisimonte M.， et al.Biological deinking technology for the recycling of office waste papers ［J］.Bioresource Technology， 1999， 67（3）：255-265.

［6］ Duggirala Y.P.，John A.H.，Thomas W.J.Enzyme deinking of black and white letter press printed newsprint waste.Recycled paper technology，1994，TAPPI press，143-142.

［7］ 楊亞茹，冀亞超，王鐘林，等.生物酶脫墨劑應用研究［J］.精細與專用化學品，2010，（6）：20-23.