新一代脫墨酶生物活性的研究

潘明等

摘要：新一代脫墨酶是已經由纖維素酶和木聚糖酶1∶1復配而成的復合酶，該酶充分利用兩者的互補作用和協同效應對廢紙進行脫墨從而獲得最佳的脫墨效果。研究主要探索了脫墨酶在不同溫度、pH、碎漿時間下的脫墨效果；在適宜條件下，利用脫墨酶脫墨和化學脫墨法脫墨的性能進行比較，酶法脫墨與化學脫墨相比，脫墨效果更好，返黃值較低。

關鍵詞：脫墨酶；脫墨劑；生物活性

中圖分類號：TS745 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）29-0013-03

1 概述

隨著社會經濟的發展，紙張的使用量迅速上升，與此同時，廢紙也因此大量的產生，中國作為世界第二大紙張消費國，2003年紙張的消費量為4806萬噸，廢紙的回收量保守估計為1400萬噸。由于利用原木造漿造紙消耗大量的木材、破壞生態環境，同時還造成了嚴重的環境污染，因此，廢紙的循環利用已經成為現代造紙業的一大發展趨勢。但是，由于近年來造紙和印刷技術的改進，加大了印刷效果，使得印刷后的紙面與油墨牢固結合，造成了脫墨的難度大大增加。傳統的脫墨方法采用的是表面活性劑脫墨，但是存在很多弊端，例如脫墨后的成漿細小纖維顆粒含量高、濾水性能差、纖維的結合力很低，使得紙物理強度等主要指標下降。利用脫墨酶法進行脫墨已經成為國內外廢紙回收利用的研究重點。

目前發現能用于脫墨的生物酶主要有纖維素酶、木聚糖酶、脂肪酶、果膠酶、淀粉酶、木質素降解酶等。其中脫墨效果好的主要是纖維素酶和木聚糖酶，它們都是以改變油墨粒子附近的纖維表面或連接價鍵釋放油墨粒子的方式脫墨，纖維素酶的脫墨效果比木聚糖酶好，但是對纖維的損傷程度更大。本研究采用的新一代脫墨酶是已經由纖維素酶和木聚糖酶1∶1復配而成的復合酶，該酶充分利用兩者的互補作用和協同效應對廢紙進行脫墨從而獲得最佳的脫墨效果。研究主要探索了脫墨酶在不同溫度、pH、碎漿時間下的脫墨效果；在適宜條件下，利用脫墨酶脫墨和化學脫墨法脫墨的性能比較。

2 材料與方法

2.1 實驗材料

廢紙選用8#新聞紙，原漿白度43.5%，殘留油墨量為48.3%；脫墨酶由濟南諾能生物工程有限公司提供，化學脫墨劑采用***公司的國產脫墨劑（1#）和進口脫墨劑（2#）。

2.2 實驗方法

2.2.1 備料：廢紙撕碎后浸泡，疏解至纖維基本解離，擠干、分散后裝入塑料袋中備用。

2.2.2 脫墨酶在不同溫度、pH、碎漿時間下的脫墨

實驗。

（1）脫墨酶不同溫度下的脫墨實驗。稱取一定量的廢紙漿疏解后與酶液、緩沖溶液在聚乙烯塑料袋中充分混勻后置于35℃、45℃、55℃、65℃、75℃、85℃恒溫水浴中加熱，每10min揉搓一次，使漿料與酶液混合均勻，一定時間后進行浮選，測定其白度。

（2）脫墨酶在不同pH下的脫墨實驗。稱取一定量的廢紙漿疏解后與酶液、緩沖溶液在聚乙烯塑料袋中充分混勻后，調節pH于4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0，置于恒溫水浴中加熱，每10min揉搓一次，使漿料與酶液混合均勻，一定時間后進行浮選，測定其白度。

（3）脫墨酶在不同碎漿時間下的脫墨實驗。選取碎漿時間為20min、25min、30min、35min、40min的碎漿液疏解后與酶液、緩沖溶液在聚乙烯塑料袋中充分混勻后置于恒溫水浴中加熱，每10min揉搓一次，使漿料與酶液混合均勻，一定時間后進行浮選，測定其白度。

2.2.3 脫墨酶脫墨與化學脫墨法性能比較實驗：

酶法脫墨：稱取一定量的廢紙漿，疏解后與酶液、緩沖溶液在聚乙烯塑料袋中充分混勻后置于恒溫水浴中加熱，每10min揉搓一次，使漿料與酶液混合均勻，一定時間后進行浮選。

化學脫墨：稱取一定量的廢紙漿，疏解后與脫墨劑、緩沖液在聚乙烯塑料袋中充分混勻后置于恒溫水浴中加熱，每10min揉搓一次，使漿料與酶液混合均勻，一定時間后進行浮選。

漂白：稱取一定量的脫墨漿料，疏解后與H2O2、Na2SiO3、NaOH、螯合劑EDTA在聚乙烯塑料袋中充分混勻后置于70℃的恒溫水浴中，每10min揉搓一次，一定時間后取出洗滌。

浮選：將脫墨漿料倒入浮選器中，調節漿濃至1%加入0.2%CaCl2和0.1%浮選劑進行浮選，一定時間后倒入濾袋擠干、分散，用于抄片。

白度、返黃值、物理強度等按標準方法測定；油墨量使用Autospec計算機軟件測定。

3 結果與討論

3.1 脫墨酶在不同溫度、pH、碎漿時間下的脫墨結果

3.1.1 脫墨酶不同溫度下的脫墨實驗。實驗進行了不同溫度下的脫墨實驗，實驗結果如圖1：

由圖1可知，脫墨酶在55℃～70℃下白度較高，因而脫墨效果更好，隨著溫度的升高，酶的活性也隨之降低，因而在75℃后，白度逐漸降低，脫墨效果因此減弱，因此該種脫墨酶在55℃～70℃條件下的脫墨效果更好。

3.1.2 脫墨酶在不同pH下的脫墨實驗。實驗進行了不同pH條件下的脫墨實驗，實驗結果如下圖2。由圖2可知，脫墨酶在pH6.0～pH10.0下白度值相差不大，因而脫墨效果差別不大，因此脫墨酶在此pH范圍內的脫墨效果比較好，耐受pH范圍廣。

3.1.3 脫墨酶在不同碎漿時間下的脫墨實驗。實驗進行了不同碎漿時間下的脫墨實驗，實驗結果如下圖3。

由圖3可知，隨著碎漿時間的增加，脫墨漿的白度值也在逐漸增加，但是碎漿時間達到30min后，碎漿經脫墨后的白度值變化不大，脫墨效果也相近，因此在實驗過程中，會選取30min作為最佳碎漿時間。

3.2 脫墨酶脫墨與化學脫墨法性能的比較

3.2.1 化學脫墨漿與脫墨酶脫墨漿的脫墨性能

比較。實驗將化學脫墨漿與脫墨酶脫墨漿進行了脫墨性能的對比，脫墨酶脫墨采用最佳工藝條件進行實驗；化學脫墨法采用國產脫墨劑和進口脫墨劑，實驗結果如表1。

由表1可知，使用脫墨酶進行脫墨后的脫墨漿的白度要高于化學脫墨漿，酶脫墨漿的白度要比國產脫墨劑高出2.4個百分點，比進口脫墨劑高出0.9個百分點。進口化學脫墨漿的油墨脫除率最高，但是因堿會產生堿性發黑現象，因而漿料的白度低于酶脫墨漿。

使用脫墨酶脫墨的脫墨漿的得率要高于化學脫墨漿。酶脫墨漿的得率分別比國產和進口化學脫墨漿提高了3.0和6.3個百分點，使用脫墨酶進行脫墨可以降低紙漿纖維的降解程度，從而提高得率。

3.2.2 化學脫墨漿與脫墨酶脫墨漿的漂白性能

比較。研究以H2O2作為漂白劑，對唾沫所得廢紙漿進行漂白，實驗結果如下表2：

由表2可知，經漂白后，酶脫墨漿的白度高于化學脫墨漿，因為脫墨酶對漿料中的纖維有更強的剝離作用，促使漂白劑深入滲透到纖維中，因而漂白效果更好。

通過比較可知，經脫墨酶脫墨后返黃值較低，脫墨劑返黃值較高，這主要是因為化學脫墨劑中含有堿性物質，所以返黃程度較大。脫墨酶在剝離纖維后，有利于漿中部分木質素和木聚糖等的溶出，因而漿料不容易發生返黃。

4 結語

脫墨酶在不同溫度、pH、碎漿時間下的脫墨實驗研究中，碎漿時間為30min時，脫墨酶在55℃～70℃條件下的脫墨效果更好，有較廣的溫度耐受范圍，因而適用于工業化大規模的生產；同時該脫墨酶還具有良好的耐堿性，pH的耐受范圍為6.0～10.0，在此范圍內脫墨效果最佳。

通過實驗研究可知，脫墨酶法脫墨與傳統的化學脫墨法相比具有明顯的技術優勢：

（1）消除油墨的障礙，提高了脫墨漿的產品質量，使用脫墨酶脫墨，提高了廢紙的脫墨效率，所得脫墨漿白度高，殘留的油墨少，濾水的性能好，經脫墨酶脫墨后的纖維暴露出更多的表面，增強了纖維的柔軟度，從而有利于纖維間的結合，增加紙的強度。

（2）降低了生產成本。使用脫墨酶進行脫墨，減少了表面活性劑、消泡劑、殺菌劑以及廢水處理絮凝劑等化學用品的用量。使用脫墨酶脫墨的成漿具有良好的可漂性，在相同的白度下，脫墨酶脫墨法的雙氧水用量明顯比化學法用量少。同時由于脫墨酶脫墨改善了紙漿的強度和游離度，因此大大減少了助留助濾劑、增強劑的用量。

（3）有利于環境的保護。脫墨酶法脫墨減少了化學用品的用量，使廢水中的BOD和COD含量大大降低，從而減輕了對環境的污染。

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