酶預(yù)處理對馬尾松TMP性能和磨漿能耗的影響及機(jī)理研究.pdf

1、TMP具有制漿得率高、制漿廢水污染負(fù)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(diǎn)。但其缺點(diǎn)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(xì)纖維化程度低，纖維間結(jié)合力差。而通過生物酶預(yù)處理，可以實(shí)現(xiàn)降低磨漿能耗，增加纖維細(xì)纖維化程度，改善紙漿質(zhì)量，為擴(kuò)大TMP的應(yīng)用范圍打下基礎(chǔ)。
　　 本論文以馬尾松為原料，研究了纖維素酶和木聚糖酶預(yù)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(yù)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(xué)特性進(jìn)行研究，通過酶處理前后纖維的零距抗張強(qiáng)度和內(nèi)結(jié)合強(qiáng)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(jī)理。研究結(jié)果表明:
　　 纖維素酶預(yù)處理馬尾松TMP的適宜條件為:酶用量75IU/g，溫度50℃，pH5.5，時(shí)間150min。纖維素酶預(yù)處理后，紙張強(qiáng)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(dǎo)致成紙的撕裂指數(shù)降低。
　　 纖維素酶預(yù)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(yù)處理時(shí)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(yù)處理時(shí)間的回歸方程。
　　 木聚糖酶預(yù)處理適宜條件為:酶用量90IU/g，pH5.0，預(yù)處理時(shí)間150min，預(yù)處理溫度50℃。木聚糖酶預(yù)處理后，紙張強(qiáng)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(yù)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(yù)處理時(shí)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(yù)處理時(shí)間的回歸方程。
　　 纖維素酶和木聚糖酶預(yù)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(shí)，酶預(yù)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(yù)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(xì)小纖維量明顯降低。采用一段磨漿前酶預(yù)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(xì)小纖維含量含量較低。采用一段磨與二段

6、磨之間進(jìn)行酶預(yù)處理時(shí)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(yù)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(yù)處理能夠增加纖維長度，減少細(xì)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(shí)重均纖維長度增加了0.22mm，細(xì)小纖維含量減少了1.01％。二段磨漿前預(yù)處理，在纖維素酶用量為50IU/g時(shí)，纖維數(shù)均長度、重均及雙重均長度三者都較高，此時(shí)纖維受破壞程度較小。預(yù)處理木

7、聚糖酶用量控制非常關(guān)鍵，酶用量過高對纖維長度破壞嚴(yán)重。
　　 一段磨漿前預(yù)處理適宜酶用量高于二段磨漿前預(yù)處理，酶預(yù)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(yù)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(yù)處理后進(jìn)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(yù)處理后紙漿的零距抗張強(qiáng)度增幅較大。木聚糖酶用量60IU/g時(shí)零距抗張強(qiáng)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(shí)零距抗張強(qiáng)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(shí)，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)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(shí)，內(nèi)結(jié)合強(qiáng)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(yù)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(yù)處理使得馬尾松TMP纖維素的結(jié)晶度增加，木聚糖酶預(yù)處理和纖維素酶預(yù)處理可提高纖維的熱穩(wěn)定性。
　　 纖維素酶預(yù)處理后纖維表面接觸角減小，纖維潤濕性能改善。在0.2s時(shí)，50IU/g的纖維素酶預(yù)處理后纖維表面接觸角為33°，未經(jīng)酶預(yù)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(shí)的接觸角比未經(jīng)酶處理的接觸角大，當(dāng)酶用量為90IU/g時(shí)，纖維潤濕性能改善，在0.2s時(shí)，接觸角為38°，較之未經(jīng)酶預(yù)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(yù)處理后，纖維壓潰及縱向撕裂現(xiàn)象明顯，內(nèi)部細(xì)纖維化增大，產(chǎn)生絲狀細(xì)小纖維，同時(shí)也有較少的纖維碎片。木聚糖酶預(yù)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