复配生物酶废纸脱墨剂的制备与应用研究

王百军，吕 程

（常熟理工学院化学与材料工程学院，江苏 常熟 215500）

由于资源、环境和能源的问题，二次纤维在世界范围内已经成为制浆造纸工业一种重要的纤维来源。而作为废纸回用关键技术之一的脱墨生产工艺也成为当今国内外研究的热点［1］。目前脱墨方法研究的重点有碱性脱墨法［2］、超声波脱墨法［3］、酶脱墨法［4~5］、附聚脱墨法等。 酶法脱墨是一种具有良好应用前景的生物技术，是用酶浸蚀油墨或纤维表面，使油墨分离，经洗涤或浮选除去。与传统的化学法脱墨相比，酶脱墨法具有明显的优点［6~7］：可以降低能耗，减轻环境污染，脱墨效率高，所得浆料物理强度好，白度高，尘埃度低，残余油墨量低，滤水性能好。本文研究将脂肪酶与纤维素酶和表面活性剂通过复配对废旧新闻纸进行脱墨，以脱墨浆的白度和纸浆得率为主要考察指标，从中筛选出一种脱墨效果较好的复配生物酶脱墨剂配方，并对其脱墨工艺条件进行优化。

1 实验

1.1 仪器和试剂

WD-5全自动白度计，PL4-2型变频调速打浆机，EL204电子天平，DHG-9075A型电热恒温鼓风干燥器，SHB-ⅢS循环水式多用真空泵，JJ-1精密定时电动搅拌器，HH-2数显恒温水浴锅。

纤维素酶，脂肪酶（食品级）；十二烷基苯磺酸钠，硫酸，氢氧化钠，双氧水，硅酸钠（均为分析纯）；废新闻纸（市售）。

1.2 实验方法

1.2.1 脱墨剂的复配调制

实验中，保持表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS） 的 质 量 占 绝 干 废 纸 质 量 的 1.0%［8］， 将SDBS配成水溶液，调节pH至中性，分别将纤维素酶和脂肪酶溶解在溶液中，装入锥形瓶A和锥形瓶B中，将A和B以不同的比例进行调制，待用。

1.2.2 废旧新闻纸脱墨

（1）碎解：将废旧新闻纸撕成2cm×2cm的碎片，置于变频调速打浆机中，加水，碎解。

（2）熟化、脱墨：将碎好的纸浆用热水稀释到一定浓度后，置于500mL烧瓶中，并加入配好的脱墨剂溶液、Na2Si O3、H2O2，调节好温度和浓度，进行电动搅拌。

（3）浮选、洗涤：将熟化好的浆料用热水稀释至指定浮选浓度，用JJ-1精密定时电动搅拌器搅拌浮选。浮选后用0.178mm纱袋充分洗涤，然后稍微甩干。

（4）抄片：用抽滤漏斗将洗涤浆抽滤，抄片，并用鼓风干燥器烘干。

1.2.3 性能测试

（1）纸张ISO白度的测定：用WD-5全自动白度计测定，采用国际标准化组织规定的ISO白度标准。

（2）纸浆得率的测定：

2 结果与分析

2.1 不同配比的生物酶脱墨实验

保持SDBS的质量为1.0%（对绝干废纸），脱墨剂质量为0.3%（对绝干废纸），pH为7，碎浆浓度为10%，熟化时间为30 min，熟化温度为50℃；浮选浓度为1.0%，浮选时间为 10 min，浮选温度为50℃。在此条件下用不同配比的生物酶对废新闻纸进行脱墨，并将脱墨结果与不加生物酶的空白实验作对比，其实验结果见表1。

表1 纤维素酶／脂肪酶配比对脱墨影响

由表1可以看出，和空白组对比，在加入生物酶后，白度有明显提高，这表明酶试剂的加入能够促使油墨粒子从纸纤维上脱落。当纤维素酶／脂肪酶比超过6∶4时，随着纤维素酶的比例升高，白度有所下降，综合考虑，本实验取纤维素酶 ／脂肪酶为 6∶4。

2.2 生物酶用量对脱墨效果的影响

合适的酶用量对脱墨效果有很大的影响。改变生物酶用量的质量比例，其它实验条件同2.1，实验结果如表2。

表2 生物酶用量对脱墨效果的影响

由表 2可以看出，酶用量在 0.05%～0.3%时，白度随酶用量的增大明显增加；而酶用量在0.3%～0.5%时，白度随酶用量的增加，变化幅度很小；纸浆得率则一直随着酶用量的增加而降低。综合白度和纸浆得率的变化情况，本实验取生物酶用量为 0.3%（对绝干废纸）。

2.3 纸浆浓度对脱墨效果的影响

改变纸浆浓度，其它实验条件同2.1，实验结果如表3。

表3 浆浓对对脱墨影响

由表3可以看出，随着纸浆浓度的增加，白度先增加，后下降，纸浆得率基本呈上升趋势。这是因为随着碎浆浓度的增加，酶与机械协同作用，白度增加，但浆浓大于10%后，水的含量过低，不利于纤维充分润胀，削弱了油墨粒子的分离效果，所以白度反而下降。本实验中，取碎浆浓度为10%。

2.4 pH对脱墨效果的影响

pH值是酶催化反应的主要环境条件，酶反应速度最大的pH值是最适当的pH值，过大或过小的pH值会使酶失活，而影响脱墨效果。改变溶液pH值，其它实验条件同2.1，实验结果见表4。

表4 pH值对脱墨效果的影响

由表4可看出，pH对脱墨过程有较大的影响，合适的pH值有利于加快酶反应。当pH＝6.0时，白度最大，纸浆得率最低，说明此时的酶反应的脱墨效果最好。本实验中，取pH值为6.0。

2.5 熟化温度对脱墨效果的影响

改变熟化温度，其它实验条件同2.1，实验结果如表5。

表5 熟化温度值对纸浆白度的影响

由表5可以看出，熟化温度应控制在60℃，熟化温度过高或过低都会使纸浆的白度受到影响。这是因为温度对酶的活性有着直接的影响。

2.6 熟化时间对脱墨效果的影响

改变熟化时间，其它实验条件同2.1，考察熟化时间对纸浆白度的影响，结果见表6。

表6 熟化时间对纸浆白度的影响

由表6可以看出，适当的熟化时间可以提高纸浆白度，熟化时间过长，白度反而下降，这是因为随着机械搅拌的时间加长，纤维间的摩擦加剧，油墨粒子细小化，纤维也细小化，导致毛细现象加剧，油墨粒子重新吸附在细小纤维中，又造成纸浆白度下降。本实验中，最佳熟化时间为30 min。

2.7 浮选温度对脱墨效果的影响

改变浮选温度，其它实验条件同2.1，考察浮选温度对纸浆白度的影响，实验结果如表7。

表7 浮选温度对纸浆白度的影响

由表7可以看出，浮选温度在50℃时较为合适。超过50℃，纸浆白度降低，这是因为浮选过程中所产生的泡沫的稳定性随着温度的继续提高而急剧下降，使得已吸附在泡沫上的油墨粒子在泡沫被除去之前随着泡沫的消泡而重新回到废纸浆的悬浮液中。

2.8 浮选时间对脱墨效果的影响

改变浮选时间，其它实验条件同2.1，考察浮选时间对纸浆白度的影响，结果见表8。

表8 浮选时间对纸浆白度的影响

由表8可以看出，脱墨浆的白度随着浮选时间的延长而增大。在浮选的起始阶段，脱墨浆白度随着时间的延长提高很快，但当浮选时间超过10 min后，脱墨浆的白度随着时间的延长变化不大。考虑到能耗和效率，浮选时间定为10 min。

3 结论

（1）采用纤维素酶和脂肪酶与表面活性剂进行复配合成脱墨剂，当纤维素酶和脂肪酶比例为3∶2 时，生物酶质量占 0.3%（对绝干废纸），十二烷基苯磺酸钠的质量占1.0%（对绝干废纸），脱墨效果最佳。

（2）较优的生物酶脱墨工艺为：碎浆浓度为10%，pH值为6.0，熟化温度为60℃，熟化时间为30 min，浮选温度为50℃，浮选时间为10 min。在此条件下，脱墨剂的脱墨结果令人满意。

［1］ 刘秉钺，韩颖.再生纤维与废纸脱墨技术［M］.北京：化学工业出版社，2005.159-172.

［2］ 张本雷.碱性脱墨新探讨［J］.中华纸业，2009，（16）：100-103.

［3］ 张美云译.超声波用于激光打印纸脱墨［J］.国际造纸，1998，17（1）：14-17.

［4］ 田野，刘鹏，杨秀丽.酶法废纸脱墨的研究进展［J］.江苏造纸，2010，（4）：22-26.

［5］ Viesturs U.， Leite M.， Eisimonte M.， et al.Biological deinking technology for the recycling of office waste papers ［J］.Bioresource Technology， 1999， 67（3）：255-265.

［6］ Duggirala Y.P.，John A.H.，Thomas W.J.Enzyme deinking of black and white letter press printed newsprint waste.Recycled paper technology，1994，TAPPI press，143-142.

［7］ 杨亚茹，冀亚超，王钟林，等.生物酶脱墨剂应用研究［J］.精细与专用化学品，2010，（6）：20-23.