酶法去除棉織物上殘留棉籽殼的基礎(chǔ)研究.pdf

1、近年來，酶在紡織工業(yè)中的應(yīng)用迅速發(fā)展起來。與化學(xué)試劑相比，酶反應(yīng)要求低溫，棉布清洗水用量降低，環(huán)境污染也相應(yīng)較低。諸如纖維素酶、半纖維素酶、果膠酶在棉纖維上的應(yīng)用目前已經(jīng)普及。目前，紡織染整行業(yè)最大困難還是預(yù)處理中棉籽殼雜質(zhì)的去除。棉籽殼結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和成分的多樣性使得在傳統(tǒng)的化學(xué)處理過程中棉籽殼的去除需要濃度更高的化學(xué)試劑、更長的蒸浴時(shí)間和更高的處理溫度。
　　 本文對棉籽殼的結(jié)構(gòu)和成分做了細(xì)致的鑒定，同時(shí)對主要成分——半纖維素

2、的結(jié)構(gòu)做了深入的研究。為了更好的了解棉籽殼的酶法去除，關(guān)于棉籽殼對木聚糖酶的吸附機(jī)理也做了相關(guān)研究。最后，初步實(shí)驗(yàn)了半纖維素的木聚糖酶水解和棉籽殼的纖維素水解，并做了優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。
　　 本文首先針對棉籽殼的結(jié)構(gòu)做了切片分析。切片染色實(shí)驗(yàn)表明棉籽殼存在七層構(gòu)象和成分均不一致的細(xì)胞層。實(shí)驗(yàn)表明，棉纖維上殘留的僅是天然棉籽殼的2～3層的細(xì)胞。這部分細(xì)胞排列緊密，形態(tài)相對較小。
　　 棉籽殼的主要成分經(jīng)過抽提分離實(shí)驗(yàn)表明，半纖維素

3、(36.5％)、木質(zhì)素(30.3％)和纖維素(23.1％)是主要成分。12種半纖維素經(jīng)不同濃度的NaOH溶液在25℃抽提12h分離收集，發(fā)現(xiàn)水溶性和水不溶性的半纖維素質(zhì)量百分比含量相當(dāng)。經(jīng)GC、GPC、FT-IR和NMR檢測，棉籽殼中的半纖維素多為低分支的β-(1，4)-木聚糖和部分的4-O-甲基-葡木聚糖。相對來講，水不溶性的半纖維素的直鏈性及穩(wěn)定性都比水溶性的要高。而且，棉籽殼中的半纖維素的分子量相對較高（最高高達(dá)1453000gm

4、ol-1）。
　　 對于棉籽殼的酶解過程，研究其對酶的吸附動(dòng)力學(xué)、吸附平衡及吸附熱力學(xué)是非常有幫助的。本文研究了在283，298，310K三個(gè)溫度下棉籽殼對木聚糖酶的吸附作用。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)吸附方程，動(dòng)力學(xué)方程和內(nèi)部擴(kuò)散方程模擬，同時(shí)也做了熱力學(xué)分析。動(dòng)力學(xué)方程模擬結(jié)果顯示棉籽殼對木聚糖酶的吸附符合二級動(dòng)力學(xué)方程。同時(shí)，F(xiàn)reundlich方程和D-R方程的吸附模擬效果也不錯(cuò)。熱力學(xué)分析表明，該吸附過程的△G0，△H0和△S0分別為

5、-3.17kJmol-1(298K)，-6.29kJmo1-1，-10.73Jmol-1K-1。負(fù)的焓變值表示該吸附是放熱的，負(fù)的吉布斯自由能說明吸附可自發(fā)進(jìn)行。
　　 此外，本文還進(jìn)行了酶水解的初步實(shí)驗(yàn)。首先對棉籽殼的主要成分半纖維素用木聚糖酶進(jìn)行了水解研究。實(shí)驗(yàn)表明，最佳的水解條件是60℃，pH為5.5，反應(yīng)80min。當(dāng)木聚糖酶與半纖維素固體的比值為0.24mlmg-1時(shí)，可以達(dá)到57.5％的降解率。大部分的金屬離子（除了