废纸碱性酶脱墨法 【技术领域】
本发明涉及一种废纸脱墨方法，特别涉及一种利用生物酶进行脱墨的方法。
背景技术
近十多年来，废纸处理技术不断改进和完善，废纸回收率和利用率逐年增长。据1998年对主要产纸国家和地区的统计，共回收二次纤维1.17亿吨，回收率为38.8％，利用率为42.6％。废纸回收率最高是韩国，达73.8％，利用率最高是墨西哥，另据联合国和世界粮农组织的预测，2010年废纸利用率将达到50.9％。每利用一吨废纸，相当于节约3m3木材、1.2吨煤、600度电、100m3水。可见，废纸回收利用对节约植物资源与节能、减排具有十分重大意义.在节约资源能源的同时，还可解决废纸累积造成的污染，实现经济发展与环境保护的对立统一，是造纸工业持续发展的有效途径.近年来，我国废纸回收利用率正在逐年增长，但与发达国家相比，差距还较大，旧报纸、旧杂志纸、办公废纸回收率相对较低，回收与废纸脱墨技术还比较落后。
酶法脱墨(Enzymatic deinking)是当今国内外废纸脱墨造纸研究的热点，自1991年韩国学者首次报道应用纤维素酶及木聚酶糖酶将油墨从旧报纸浆中脱除以后，各国学者纷纷开展这方面的研究，有关酶法脱墨的专利国内外也都时有公布，详见CN97101654，CN99120426和授权公告号为CN1240900C的专利等。
酶法脱墨就是用酶进攻油墨所在纤维表面，并辅以浮选、洗涤，从而除去废纸上油墨的方法。这种处理技术可有效控制脱离油墨粒子的形状及其尺寸分布，提高浮选效率。此外，酶也具有阻碍油墨粒子重新沉积到纤维上的作用，从而能有效地去除办公废纸中的调色剂油墨.所需的化学药品比常规化学脱墨法要少，环境污染小。与化学脱墨浆相比，酶脱墨浆具有良好的滤水性能、较好的物理强度、较高的白度和较少的残余油墨。酶法脱墨在实验室中已获得肯定结果，有的已成功地进行中间试验和工厂试验。已知用于废纸脱墨的生物酶主要有纤维素酶、木聚酶糖酶、果胶酶、淀粉酶和脂肪酶等以及由它们组成的复合酶。J.M.Jobbims和N.E.Franks 1997年9月在前人的基础上研究了混合办公废纸的酶法脱墨。所用的表面活性剂为非离子表面活性剂，酶则是纤维素酶和半纤维素酶的混合酶。半工业生产规模的实验表明：在中性条件下，采用酶和表面活性剂混合加入水力碎浆机的方法对混合办公废纸有明显脱墨效果，这一方法免除了常规化学脱墨方法对NaOH、H2O2、螫合剂和脂肪酸的需要。酶/表面活性剂浮选后的油墨去除率比常规化学脱墨的要高出10％以上；相对于常规化学法脱墨而言，白度提高2％；纸浆强度基本相同；灰分降低，不透明度也降低，据认为这主要是由于去除了调色剂和细小纤维所致。
近来有关以木聚糖酶或淀粉酶为主的脱墨酶研究，在国内外都多有报导。芬兰学者Juha Saari在2003年前后曾在法国moulin Vieux废纸脱墨浆厂进行过混合办公用纸脱墨的中试，所用的混合脱墨酶有两组，其中一组完全由木聚糖酶和淀粉酶组成，另一组由甘聚糖酶、淀粉酶和纤维素酶组成，处理结果脱墨浆白度前一组合稍好于后者。二组试验都加有0.5％的表面活性剂。
但据现有报道，当今国内试验研究用的脱墨酶，几乎都是酸性酶，在国外同类产品中，除丹麦诺维信公司有novozyme 342碱性脱墨酶产品供应外，其他产品还不多见.由于现行制浆造纸工艺都是在碱性条件下进行的，使用酸性酶要调酸控pH值，在大规模生产时，会有较大难度，此外，现行酸性酶大都酶活较低、酶组成也较单一，有待研究开发出更为适用的废纸脱墨用酶。
【发明内容】
本发明为了解决现有技术存在的脱墨酶多为酸性酶，且活性较低，组成较单一，用于大规模脱墨生产时有难度的缺点，本发明提供了一种废纸的碱性生物酶脱墨法，可以在中性偏碱条件下脱墨，酶活性高。
一种废纸碱性酶脱墨法，步骤为：将废纸经过浸泡、碎解、酶处理、洗涤后得到处理后的纸浆，在浸泡时加入表面活性剂，使用量为0.10％-2.00％wt，所述的酶处理是在pH为6～11、45～75℃的条件下，采用木聚糖酶70-200μ/g绝干浆，果胶酶70-120μ/g绝干浆，淀粉酶80-120U/g绝干浆，对碎解后的废纸处理10-30min，原酶活力为：果胶酶8500μ/g，木聚糖酶18000μ/g，淀粉酶2000U/g。在酶处理时还可以加入纤维素酶，纤维素酶的原酶酶活为4000μ/g，纤维素酶的加入量为100μ/g绝干浆。酶处理时加入酶激活物如氯化钠、硫酸钠的话，处理的效果会更好，酶激活物的加入量为0.5％-2.0％wt。所述的表面活性剂为非离子、阴离子表面活性剂。所述的非离子表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚，所述的阴离子表面活性剂为烷基苯磺酸盐、二磷酸酯。
采用本发明的方法酶处理后可以经浮选后再洗涤也可以直接洗涤。
本发明的酶处理步骤是采用的由多酶组成的复合酶制剂，发酵品主要含：木聚糖酶、果胶酶及淀粉酶，此外，还可以适当补以少量酶激活物，如氯化钠、硫酸钠等。与非离子、阴离子表面活性剂配伍性好，有利激活酶活性，提高脱墨效果的功效。
本发明在酶处理步骤中所用的酶复合制剂的作用机理为：纤维素酶、果胶酶、木聚糖酶和淀粉酶主要作用于纸纤维和各类淀粉类施胶剂，以使废纸纤维组份和油墨的结合松散，两者易于分离；
本发明所用的产酶菌属嗜碱的芽孢杆菌Bacillus Sp，用其生产的脱墨酶产品木聚糖酶、果胶酶为褐色无尘粉状物，在废纸脱墨过程中起脱墨的主要作用；
木聚糖酶、果胶酶可将纸纤维伴生的半纤维素及果胶类组成除去，以利酶更好的作用于纸纤维，使油墨粒子和纤维地结合松动，进而得以与纸分离。
有益效果：本酶法脱墨工艺在浮选冼涤后，省去了一般酶法脱墨都常有的漂白工序，这对节能省水降低成本都是十分有利的。本发明所研制的碱性脱墨酶有如下明显优点
1可广用于废报纸(包括美废)、旧书刊等废纸脱墨，尤其对一般化学脱墨剂难以脱墨的办公用纸，如打印纸、复印纸有良好的脱墨效果，对混合办公废纸进行脱墨处理也取得了明显脱墨效果。
2能与诸多表面活性剂甚至是有一定氧化功能的化合物同浴、配合使用，可缩短废纸脱墨工艺过程，省去一般酶法脱墨的漂白工序。
3本发明所用的复合酶制剂适宜pH较宽，可在近中性和偏碱条件下进行废纸脱墨，能免除常规化学脱墨方法对NaOH、H2O2等的需要，有利提高油墨去除率、降低成本.
4本发明所用的复合酶制剂可以用于废报纸(包括美废)及办公用纸脱墨，效果明显，均可在20min以内完成，可较一般酶法包括已有专利如CN97101654，CN99120426等所报道的脱墨时间节省50％以上。
5.本发明的方法脱墨的时候在经过了酶处理后，可以经过浮选后再洗涤，也可以直接洗涤不经过浮选，比CN1240900C的专利既简化了步骤，又节省了水的使用量。
【附图说明】
图1是本发明的工艺流程示意图。
图2是经本发明处理后的废纸纤维电镜图。
图3是未经酶处理的废纸纤维电镜图。
由图2、3的比较可以看出，经酶脱墨处理过的纤维，附着在纤维上的墨粒已基本脱离了，而对于未经酶处理过的纤维，附着在纤维上的墨粒清晰可见。
【具体实施方式】
下面结合图1、图2、图3，对本发明作详细说明：
本发明涉及的的各种酶均采用南京川平科技开发公司生产的酶制剂，为固体剂型。原酶酶活为：果胶酶酶活为8500μ/g；木聚糖酶酶活为15000μ/g；淀粉酶酶活为2000U/g；纤维素酶酶活为4000μ/g。
实施例1
处理混合办公用废纸
在烧杯中加入15％wt的浆浓所需的水后，放在60℃的恒温水浴锅中，再加入0.20％-2.00％wt表面活性剂如脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基苯磺酸盐。取15g绝干混合办公用废纸，其中激光打印纸和静电复印纸的比例为7∶3，将其撕成10×15cm的条状放入塑料烧杯中，浸泡3～5分钟，启动强力恒速搅拌机，搅拌使废纸碎解。并用CH2COOH或NaOH调节纸浆的pH 7-11。然后加入所需酶量，木聚糖酶100-200μ/g绝干浆，果胶酶70-120μ/g绝干浆，淀粉酶50-100U/g绝干浆。反应时间10-30min。酶处理后的浆料稀释至1％wt，再加入0.05％-0.20％wt的无水CaCl2，在浮选槽中进行浮选，浮选时间为8-15min、浮选后的浆料冲稀至3L，然后通过具有60目铜网的分样筛洗涤。将所得浆料测水分后，称取含2g绝干纸的浆料在纤维标准解离器中疏解，浓度10％。在西北轻工学院机械厂生产的ZQJ1-B纸样抄取器上进行抄片。
混合办公废纸碱性酶脱墨结果见表1：
表1处理结果
残墨
表面活性 酶 时间 白度 得率 点数
剂(％) (μ/g) (min) (％SBD) (％) (个
/9cm2)
1 0.220 120 18 91.72 75.1 10
2 0.224 140 16 94.4 83.7 8
3 0.216 160 14 92.56 76.1 16
注：表中酶用量系木聚糖酶用量，下同。
实施例2处理旧新闻纸
处理流程和实施例1一样，只是省去了浮选工序，直接水洗。在烧杯中加入15％的浆浓所需的水后，放在60℃的恒温水浴锅中，再加入0.20％-1.50％表面活性剂如脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基苯磺酸钠，取15g绝干旧新闻纸，该废纸取自武汉晨鸣造纸公司，为进口美废8#和10#，8#/10#的比例为7/3，将其撕成10×15cm的条状放入塑料烧杯中，浸泡3～5分钟，启动强力恒速搅拌机，搅拌使废纸碎解。并调节纸浆的pH至7-11。然后加入所需酶量，木聚糖酶120-200μ/g，果胶酶80-100μ/g，淀粉酶60-120U/g。反应时间15-30min。酶处理后，将所得浆料分批水洗，每1g纸浆用1000ml的水稀释后，通过具有60目铜网的分样筛洗涤。将所得浆料测水分后，称取含2g绝干纸的浆料在纤维标准解离器中疏解，浓度10％。在西北轻工学院机械厂生产的ZQJ1-B纸样抄取器上进行抄片。
美废报纸碱性酶脱墨结果见表2：
表2处理结果
试验 表面活性剂 酶 pH 时间 白度 得率 残墨点数
编号(％) (μ/g) (min) (％SBD) (％) (个/9cm2)
1 0.91 140 8 18 49.94 74.9 7
2 0.91 160 9 16 52.71 79 3
3 0.91 180 10 14 50.47 3.5 7
实施例3
在烧杯中加入15％的浆浓所需的水后，放在60℃的恒温水浴锅中，再加入0.24％-1.69％表面活性剂如脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基苯磺酸盐，取15g绝干混合办公用废纸，其中激光打印纸和静电复印纸的比例为7∶3，将其撕成10×15cm的条状放入塑料烧杯中，浸泡3～5分钟，启动强力恒速搅拌机，搅拌使废纸碎解。并用CH2COOH或NaOH调节纸浆的pH 7-11。然后加入所需酶量，木聚糖酶80-180μ/g绝干浆，果胶酶70-100μ/g绝干浆，淀粉酶50-100U/g绝干浆、、纤维素酶的加入量30-100μ/g绝干浆，酶激活物氯化钠或硫酸钠0.5％-2.0％。反应时间10-30min。酶处理后的浆料稀释至1％wt，再加入0.05％-0.20％wt的无水CaCl2，在浮选槽中进行浮选，浮选时间为8-15min、浮选后的浆料冲稀至3L，然后通过具有60目铜网的分样筛洗涤。将所得浆料测水分后，称取含2g绝干纸的浆料在纤维标准解离器中疏解，浓度10％wt。在西北轻工学院机械厂生产的ZQJ1-B纸样抄取器上进行抄片。
混合办公废纸碱性酶脱墨结果见表3：
表3处理结果
残墨
表面活性 酶 酶激活物 时间 白度 得率 点数
剂(％) (μ/g) (％) (min) (％SBD) (％) (个
/9cm2)
1 0.50 140 0.8 18 91.52 77.1 10
2 1.00 150 1.2 16 92.4 83.5 8
3 1.50 160 1.6 14 95.26 86.1 6
由以上几个实施例可知当酶处理时加入纤维素酶以及酶激活物的时候，处理的效果就会比较的好，提高表面活性剂的用量也会得到比较好的效果。