酶預處理對馬尾松TMP性能和磨漿能耗的影響及機理研究.pdf

1、TMP具有制漿得率高、制漿廢水污染負荷低，長纖維組分含量較高，成紙松厚度大，不透明度高和光散射系數(shù)大等優(yōu)點。但其缺點為磨漿能耗高，制漿成本大，磨漿前纖維軟化不充分，紙漿纖維挺硬，表面細纖維化程度低，纖維間結(jié)合力差。而通過生物酶預處理，可以實現(xiàn)降低磨漿能耗，增加纖維細纖維化程度，改善紙漿質(zhì)量，為擴大TMP的應用范圍打下基礎。
　　 本論文以馬尾松為原料，研究了纖維素酶和木聚糖酶預處理對馬尾松TMP性能和磨漿能耗的影響，對比分析了生

2、物酶預處理在不同磨漿過程對馬尾松TMP性能和纖維質(zhì)量的影響，并對生物酶處理后紙漿濕部化學特性進行研究，通過酶處理前后纖維的零距抗張強度和內(nèi)結(jié)合強度測定、纖維素結(jié)晶度測定、接觸角測定、原子力顯微鏡和掃描電鏡觀察、紅外光譜分析、熱失重分析等手段來研究生物酶作用于馬尾松TMP的機理。研究結(jié)果表明:
　　 纖維素酶預處理馬尾松TMP的適宜條件為:酶用量75IU/g，溫度50℃，pH5.5，時間150min。纖維素酶預處理后，紙張強度性能

3、、松厚度和中長纖維得率都有所增加。但用量不宜超過75IU/g，否則會導致成紙的撕裂指數(shù)降低。
　　 纖維素酶預處理后，馬尾松TMP磨漿能耗降低。磨漿能耗下降率隨著纖維素酶用量及預處理時間的增加而增大。并用曲線擬合分析的方法建立了磨漿能耗與纖維素酶用量及預處理時間的回歸方程。
　　 木聚糖酶預處理適宜條件為:酶用量90IU/g，pH5.0，預處理時間150min，預處理溫度50℃。木聚糖酶預處理后，紙張強度性能、松厚度和中

4、長纖維得率都隨著酶用量的增加而增加。但用量不宜超過90IU/g，否則將引起撕裂指數(shù)的下降。
　　 木聚糖酶預處理后，馬尾松TMP磨漿能耗降低。磨漿能耗下降率隨著木聚糖酶用量及預處理時間的增加而增大。并用曲線擬合分析的方法建立磨漿能耗與木聚糖酶用量及預處理時間的回歸方程。
　　 纖維素酶和木聚糖酶預處理均可降低馬尾松TMP纖維束含量，且木聚糖酶對降低紙漿中纖維束含量的效果更好。木聚糖酶用量120IU/g時，酶預處理在一段磨

5、漿前紙漿中纖維束含量較之空白樣降低了1.76％;酶預處理在一段磨漿與二段磨漿之間，紙漿纖維束含量較之空白樣降低2.39％。
　　 篩分結(jié)果顯示，100目篩網(wǎng)所截留的纖維總得率都隨著纖維素酶和木聚糖酶用量的增加而增加。通過200目的細小纖維量明顯降低。采用一段磨漿前酶預處理的制漿工藝，50目篩網(wǎng)截留長纖維及200目篩網(wǎng)截留短小纖維含量明顯較高，而100目篩網(wǎng)截留中間長度纖維及通過200目篩網(wǎng)的細小纖維含量含量較低。采用一段磨與二段

6、磨之間進行酶預處理時中間長度組分及短小長度纖維較多。
　　 纖維質(zhì)量分析結(jié)果顯示，采用一段磨漿前酶預處理的制漿工藝能獲得較長的纖維平均長度。適度的纖維素酶預處理能夠增加纖維長度，減少細小纖維含量，卷曲及扭結(jié)指數(shù)增加。纖維素酶酶用量為75IU/g時重均纖維長度增加了0.22mm，細小纖維含量減少了1.01％。二段磨漿前預處理，在纖維素酶用量為50IU/g時，纖維數(shù)均長度、重均及雙重均長度三者都較高，此時纖維受破壞程度較小。預處理木

7、聚糖酶用量控制非常關鍵，酶用量過高對纖維長度破壞嚴重。
　　 一段磨漿前預處理適宜酶用量高于二段磨漿前預處理，酶預處理在一段磨漿前，適宜纖維素酶用量為75IU/g，適宜木聚糖酶用量為90IU/g;二段磨漿前預處理，適宜纖維素酶用量為50IU/g，適宜木聚糖酶用量為60IU/g
　　 纖維素酶和木聚糖酶預處理后進行磨漿，紙漿游離度略有上升，白水陽離子需求量明顯下降，且隨纖維素酶用量增加，白水陽離子需求量降低更加顯著，紙漿Z

8、eta電位隨著酶用量的增加有所降低。
　　 木聚糖酶預處理后紙漿的零距抗張強度增幅較大。木聚糖酶用量60IU/g時零距抗張強度為51.8N/cm，較之未處理的紙漿增加了15.0N/cm;纖維素酶用量75IU/g時零距抗張強度為45.1N/cm，較之未處理的紙漿增加了8.3N/cm。纖維素酶用量75IU/g時，內(nèi)結(jié)合強度為0.031N/cm，較之未處理的紙漿增加了0.016N/cm。木聚糖酶用量90IU/g時，內(nèi)結(jié)合強度為0.02

9、8N/cm，較之未處理的紙漿增加了0.012N/cm。
　　 通過X衍射分析和熱重分析可知，纖維素酶預處理使得馬尾松TMP纖維素的結(jié)晶度降低，說明纖維素的結(jié)晶區(qū)受到了明顯的降解。木聚糖酶預處理使得馬尾松TMP纖維素的結(jié)晶度增加，木聚糖酶預處理和纖維素酶預處理可提高纖維的熱穩(wěn)定性。
　　 纖維素酶預處理后纖維表面接觸角減小，纖維潤濕性能改善。在0.2s時，50IU/g的纖維素酶預處理后纖維表面接觸角為33°，未經(jīng)酶預處理纖

10、維表面接觸角為42°，降低了9°。木聚糖酶用量為30IU/g和60IU/g時的接觸角比未經(jīng)酶處理的接觸角大，當酶用量為90IU/g時，纖維潤濕性能改善，在0.2s時，接觸角為38°，較之未經(jīng)酶預處理纖維表面接觸角降低了4°。
　　 掃描電鏡觀察顯示:纖維素酶預處理后，纖維壓潰及縱向撕裂現(xiàn)象明顯，內(nèi)部細纖維化增大，產(chǎn)生絲狀細小纖維，同時也有較少的纖維碎片。木聚糖酶預處理后，纖維表面有明顯的碎片狀剝裂，呈現(xiàn)為纖維表面有較多的碎片狀纖