авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Ферментативное обессмоливание целлюлозы и механической массы

-- [ Страница 2 ] --

Результаты проведенных экспериментов показывают, что при взаимо-действии липазы с целлюлозой происходит сорбция фермента на субстрат, а также наблюдается неспецифическая сорбция на волокно, обусловленная наличием гидрофобного субстратного центра у этого фермента. При этом каталитическое действие липазы, имеющей высокую молекулярную массу (более 20 кДа), ограничено той частью этерифицированных компонентов смолы, которые доступны и находятся близко к поверхности волокна.

4. Влияние компонентов смолы на гидрофобные свойства целлюлозы

Присутствие компонентов смолы придает определенную гидрофобность целлюлозным волокнам. Для оценки гидрофобных свойств целлюлозы нами предложен метод, основанный на сорбции паров гексана. В экспериментах использовали образцы воздушно-сухой целлюлозы.

С увеличением расхода трибутирина, использованного в качестве аналога жиров, гидрофобность небеленой сульфатной целлюлозы пропорционально возрастает (рис.4). В случае добавки олеиновой кислоты это происходит в меньшей степени. При гидролитической деструкции осажденного на волокна трибутирина липазой гидрофобность целлюлозы снижается в 8 раз (рис.5), в то время как при обработке щелочью - всего в 1,4 раза. При сорбции на волокна растительного жира гидрофобность целлюлозы также возрастает, но в меньшей степени, чем при осаждении трибутирина. После деструкции растительного масла липазой гидрофобность целлюлозы уменьшилась почти в 3 раза, но, тем не менее, из-за образовавшейся при гидролизе олеиновой кислоты, сохранилась на достаточно высоком уровне. Таким образом, жиры обладают значительно большей гидрофобностью, чем входящие в их состав жирные кислоты.

 Влияние расхода трибутирина-4  Влияние расхода трибутирина (1)-5

Рисунок 4 -Влияние расхода трибутирина (1) и олеиновой кислоты (2) на гидрофоб-ность небеленой сульфатной целлюлозы

Рисунок 5 – Влияние гидролитического распада жиров на гидрофобность небеленой сульфатной целлюлозы

Гидрофобность производственных образцов целлюлозы, отобранных после варки и всех ступеней отбелки, убывает по ходу отбелки как для хвойной сульфитной, так и для лиственной сульфатной целлюлозы (рис.6).

Гидрофобность сульфит-ной целлюлозы до отбел-ки и на первых ступенях отбелки в 8…10 раз превышает таковую для сульфатной лиственной целлюлозы, что объяс-няется более высоким содержанием смолы, в том числе жиров в суль-фитной целлюлозе. Эте-рифицированные стери-ны и воски сульфатной целлюлозы менее гидро-фобны, поэтому сорбция паров гексана ниже. По сравнению с полисаха-ридами более гидрофоб-ным веществом является остаточный лигнин цел-люлозы, однако его вклад невелик.
  Гидрофобность небеленой-7

Рисунок 6 – Гидрофобность небеленой целлюлозы и целлюлозы в процессе отбелки: а) лиственная сульфатная; б) хвойная сульфитная

При удалении смолы в пробах проэкстрагированной сульфитной целлюлозы гидрофобность оказалась практически на одном уровне вне зависимости от содержания лигнина и стадии отбелки (рис. 6 б).

Результаты этих исследований позволяют предполагать, что гидрофоб-ность по отношению к гексану характеризует свойства целлюлозы, связанные с содержанием в ней компонентов смолы, основной вклад из которых вносят жиры. Данный метод дает возможность проследить изменение компонентного состава и свойств поверхностной смолы, что в определенной степени связано с характеристикой «вредности» смолы.

5. Влияние различных ПАВ на эффективность действия липазы

На производстве применяются различные химикаты для снижения смоляных затруднений: диспергаторы для стабилизации эмульгированной смолы и фиксаторы для связывания смолы и осаждения ее на волокна целлюлозы. Для сравнения действия различных ПАВ использовали криоскопический метод, оценивая при их добавке стабильность диспергированных частиц трибутирина в растворе. Увеличение числа молекул в результате медленной деструкции

трибутирина характери-зуется понижением тем-пературы замерзания с определенной скоростью реакции - 20*10-5моль/мин (рис.7). В присутствии фиксатора повышение температуры замерзания указывает на снижение числа растворенных час-тиц и их коагуляцию. При добавке диспергатора ско-рость разложения трибути-рина осталась на том же уровне, стабильного сос-тояния системы не было достигнуто.

Рисунок 7 – Оценка стабильности эмульсии трибути-рина при добавке: 1-контроль, 2- фиксатора, 3- диспергатора, 4 – сапонина.

Таким образом, предложенный криоскопичекий метод позволяет проследить изменение агрегативной устойчивости смоляной эмульсии. С его помощью была проведена сравнительная оценка действия химикатов разных марок, применяемых в производстве (табл.3). При этом активность липазы по отношению к трибутирину в присутствии химических ПАВ снижается, что свидетельствует об их плохой совместимости.

Таблица 3 - Сравнение влияния добавок различных видов ПАВ

Марка ПАВ Характеристика Скорость разложения трибутирина, *10-5 моль/мин Активность липазы в присутствии ПАВ, *10-5 моль/(мл*мин)
контроль 20 22,0
Химикаты, применяемые на варке
Infinity DA 2610 Диспергатор 37 1,6
Infinity DA 2723 Диспергатор 37 -
Химикаты, применяемые при отбелке
Bimex AP 1711 Диспергатор 37 -
Infinity РК 4401 Фиксатор -112 7,4
Bimex FX 5160 Фиксатор -167 -
Сапонины
№ 1054 Эмульгатор 19 22,1
№ 6510 Эмульгатор 6 21,2
№ 9800 CSP Эмульгатор 11 27,3

В качестве альтернативы химическим ПАВ нами были проверены сапонины или гликозиды растительного происхождения. Проверка поверхностно-активных свойств сапонинов различных марок показала их высокое стабилизирующее действие на эмульсию трибутирина, скорость разложения которой ниже, чем в случае с диспергатором (табл. 3). Кроме того, сапонины, в отличие от химических ПАВ, не ингибируют липазную активность, а некоторые их них оказывают активирующее действие на фермент.

Как показывают результаты определения активности липазы в модельной системе «целлюлоза-трибутирин», в присутствии сульфатной целлюлозы фиксатор практически полностью инактивирует липазу (табл. 4). Его добавка при расходе 0,3 кг/т целлюлозы приводит к осаждению липазы на волокно, сопровождающемуся блокированием активных центров фермента. При выбранном расходе фиксатор препятствует действию липазы даже при дополнительном введении фермента при сравнительно большой дозировке.

Таблица 4 - Влияние ПАВ на активность липазы в присутствии сульфатной целлюлозы

Добавки к трибутирину Каталитическая активность липазы, 10-5 моль/(мл*мин)
по отношению к трибутирину после дополнительного введения липазы
сульфатная целлюлоза 22,2 38,0
целлюлоза + фиксатор 1,5 1,5
целлюлоза + диспергатор 1,5 50,6

Ингибирующее действие на липазу оказывают и диспергаторы, образующие мицеллы с молекулами липазы, что приводит к экранированию активных центров на поверхности фермента. Однако, в отличие от фиксатора, при равном расходе 0,3 кг/т целлюлозы диспергатор не блокировал повторно введенную липазу, что при избытке трибутирина привело к значительному увеличению активности фермента.

Для сульфитной целлюлозы влияние диспергатора и фиксатора на эффективность действия липазы проявляется в меньшей степени (табл.5). С уменьшением концентрации диспергатора до 0,003 г/л активность липазы возрастает, на основании чего можно сделать вывод о необходимости снижения дозировки диспергатора. Отрицательное действие диспергаторов на каталитическую активность липазы по сравнению с фиксаторами проявляется в меньшей степени и может быть преодолено за счет снижения расхода ПАВ.

Таблица 5 – Влияние различных ПАВ в присутствии сульфитной целлюлозы

Добавки к трибутирину Концентрация ПАВ, г/л Активность липазы, 10-5 моль/(мл*мин)
контроль - 18,2
сульфитная целлюлоза - 17,1
диспергатор 0,60 1,6
диспергатор 0,15 1,4
диспергатор 0,03 15,4
диспергатор + целлюлоза 0,03 13,4
диспергатор + целлюлоза 0,003 16,4
фиксатор + целлюлоза 0,003 11,5
сапонин + целлюлоза 0,03 21,8

Таким образом, те виды ПАВ, которые применяются в производстве для снижения смоляных затруднений, в целом оказывают инактивирующее действие на липазу, блокируя реакционную поверхность фермента. Добавка сапонинов, обладающих высоким эмульгирующим действием на смолу, в отличие от химических ПАВ, не приводит к снижению активности липазы в присутствии целлюлозы и совместима с каталитическим действием фермента.

6. Разработка технологии использования липазы для обессмоливания сульфатной лиственной целлюлозы перед отбелкой

Исследования, связанные с разработкой технологии использования липазы Resinase А2Х для обессмоливания сульфатной лиственной целлюлозы, в производстве которой сталкиваются со значительными смоляными затруд-нениями, были проведены применительно к условиям Архангельского ЦБК. Технологическая схема подготовки целлюлозы к процессу отбелки, характерная для большинства предприятий России, включает следующие стадии: выдерживание в башне высокой концентрации (БВК), разбавление массы и выдерживание в бассейне низкой концентрации (БНК), после чего массу промывают и направляют на отбелку (рис.8).

  Блок-схема действующей-9

Рисунок 8 – Блок-схема действующей технологии подготовки сульфатной целлюлозы к отбелке

На ряде предприятий, в том числе на АЦБК, используется обработка ксиланазой, способствующая делигнификации целлюлозы перед отбелкой.

В процессе ксиланазной обработки растворяется часть ксилана и лигнина, происходит раскрытие структуры волокна, смола становится более доступной,

однако это не приводит к ее дополнительному уда-лению. Как видно из рис. 9, содержание смолы в цел-люлозе после начальных стадий отбелки До-Щ1Г снижается с увеличением расхода диоксида хлора, но при равном расходе химии-катов количество смолы в контрольной пробе и пробе с предварительной фермен-тативной обработкой оста-ется на том же уровне.

Рисунок 9 - Влияние обработки ксиланазой на обессмоливание сульфатной лиственной целлюлозы при различных расходах диоксида хлора

В отдельной серии опытов было показано, что после действия ксиланазы щелочная обработка способствует удалению смолы, снижая ее остаточное содержание на 35%, до уровня 0,4%, при расходе NaOH 10…15 кг/т целлюлозы.

Оптимальные условия взаимодействия ксиланазы с целлюлозой примерно такие же, какие необходимо создать для действия липазы Resinase A2X, поэтому проверялась возможность введения липазы совместно с ксиланазой Pulpzyme НС. Использовали небеленую сульфатную лиственную целлюлозу после варки с содержанием смолы 0,99 (по этанолу) и числом Каппа 10,8.

Предварительная обработка целлюлозы включала выдерживание в условиях БВК (концентрация массы 8%, продолжительность 2 ч, температура 70оС), далее без промывки – выдерживание в условиях БНК (концентрация массы 4%, продолжительность 40 мин, температура 55…60оС), после чего следовала ферментативная обработка (концентрация массы 3,5…4%, рН 7…8, температура 50…55оС, расход Resinase А2Х - 0,3 кг/т, Pulpzyme НС - 0,5 кг/т целлюлозы).

Обработка целлюлозы после действия ксиланазы щелочью (5 кг/т целлюлозы) обеспечила дополнительное удаление смолы на 20…30%, наблюдалось также снижение числа Каппа полубеленой целлюлозы (табл.7). При обработке липазой совместно с ксиланазой число Каппа целлюлозы после отбелки по схеме Д0-Щ оказалось несколько больше, возможно из-за того, что липаза, осаждаясь на волокна, может в некоторой степени затруднять процесс делигнификации. О сорбции липазы свидетельствовало увеличение содержания общего азота в целлюлозе на 67%.

Таблица 7 - Обработка лиственной сульфатной целлюлозы ферментами Pulpzyme НС и Resinase А2Х

Обработка целлюлозы ферментами Содержание экстрактивных веществ в целлюлозе, % Число Каппа целлюлозы после стадий До-Щ
после обработки ферментами после стадий До-Щ
Pulpzyme 0,61 0,54 4,0
Pulpzyme / Щ 0,39 0,43 3,8
Pulpzyme + Resinase 0,61 0,47 4,2
(Pulpzyme+Resinase) / Щ 0,27 0,29 4,0

Содержание смолы после ступеней отбелки До-Щ, определяемое при экстракции этанолом, обычно находится на уровне 0,5…0,7%. Точность определения составляет 0,10%. Добавка липазы совместно с ксиланазой в БНК в сочетании со щелочной обработкой обеспечивает содержание остаточной смолы на уровне 0,27…0,29% (табл.7).

В следующей серии опытов исследовали вариант раздельной обработки целлюлозы: сначала ксиланазой Ecopulp в течение 20…40 мин, а затем липазой Resinase A2X еще в течение 20…40 мин с последующим щелочением. Даже при использовании более жесткой целлюлозы с высоким содержанием экстрактивных веществ такая последовательность стадий обеспечила снижение содержания смолы в небеленой целлюлозе до уровня 0,18…0,24% (табл.8). Отличительной особенностью предлагаемой схемы является деструкция остаточной смолы в результате действия липазы и разрушение этерифицированных веществ смолы, которые стали доступными для фермента после раскрытия структуры волокна. Заключительная щелочная обработка обеспечивает эмульгирование и удаление деструктированных компонентов смолы, а также снижение числа Каппа.

Таблица 8 - Обработка лиственной сульфатной целлюлозы ферментами Ecopulp и Resinase А2Х

Обработка целлюлозы ферментами Целлюлоза после ферментной обработки Число Каппа после Ф-До-Щ
Число Каппа ЭВ., %
БВК БНК Ecopulp 2 ч 40 мин 20+60 мин 11,3 0,96 5,3
БВК Ecopulp (БНК) Resinase / Щ 2 ч 40 мин 40 / 40 мин 11,2 0,18 5,5
БВК БНКEcopulp Resinase / Щ 2 ч 40 мин 20 40 / 20 мин 11,0 0,24 5,5
БВКEcopulp (БНК)Rеsinase / (Щ+ПАВ) 2 ч 40 мин 40 / 40 мин 11,1 0,57 5,7


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.