酶辅助腰果酚基表面活性剂的废纸脱墨及脱墨浆应用研究

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随着森林资源的不断减少以及人们对环境保护的逐渐重视,废纸中二次回用纤维在造纸领域已经成为纤维来源的一个重要组成部分。近些年来,混合办公废纸(MOW)的数量连年上升,因为其数量多、品质好、价格低的优势在废纸回收领域占据着越来越重要的地位。本文将混合办公废纸(MOW)作为研究对象进行脱墨研究,首先以腰果酚为原料合成环保型表面活性剂腰果酚聚氧乙烯醚(CPE),并将其与其他市面上脱墨效果较好且具有优良生物降解性能的表面活性剂进行多组分复配,探讨最优配比,制备一款绿色高效的脱墨产品。将其应用于传统的碱性化学法脱墨,探讨其最优脱墨工艺。其次用角质酶和淀粉酶取代碱性化学法脱墨中的传统化学药品,在中性条件下,配合复配的脱墨剂进行中性酶法脱墨,探讨角质酶和淀粉酶的最优添加量和最优脱墨工艺,并从脱墨浆质量,环保程度等方面与传统碱性化学法脱墨进行对比。本文还将最优脱墨工艺下得到的脱墨浆,采用磨浆处理-TEMPO氧化-均质处理相结合的方法,制备纳米纤维素,探讨主氧化剂次氯酸钠的用量对氧化纤维素的羧基含量、得率、平均聚合度及纤维的沉降性能的影响,并进一步对制备的纳米纤维素的形态尺寸及部分性能进行表征。研究结果表明:以腰果酚为原料合成的表面活性剂腰果酚聚氧乙烯醚(CPE)具有良好的生物降解性和脱墨性,与市售常用脱墨效果较好的表面活性剂之间有很好的协同增效作用,其中CPE/AEO-9/AES以质量比为1:1:1的比例复配使用时脱墨效果最好,混合办公废纸脱墨后纸张的白度为90.45%ISO,油墨的去除率为91.96%,脱墨后纸张抗张指数19.58 N·m·g-1,撕裂指数7.23 mN·m2·g-1。角质酶、淀粉酶协同脱墨,可以取代传统碱法脱墨中的化学药品且进一步提高脱墨质量。两种酶的最优配比为角质酶用量10 U·g-1,淀粉酶用量5 U·g-1;最优工艺:表面活性剂的添加量为0.2%;混合酶的处理时间为30 min;混合酶的处理温度为50℃。脱墨浆指标为:白度92.24%ISO,油墨去除率92.63%,脱墨后纸张的抗张指数为24.83N·m·g-1,纸张的撕裂指数为9.48 mN·m2·g-1。角质酶/淀粉酶/复配表面活性剂的中性脱墨体系,不论是从脱墨浆的质量,脱墨过程中的环保程度还是在生产成本方面均优于传统碱性化学法脱墨。以脱墨浆为原料通过磨浆预处理-TEMPO氧化-高压均质处理相结合的方法可以成功制备得到直径在10 nm左右,长度分布在100-150 nm之间纳米纤维素。其中磨浆压力为(3.33±0.1)N/mm,磨浆时间为15 min;TEMPO氧化阶段NaClO用量6.0 mmol·g-1;均质处理阶段使用型号为AH2010的高压均质机,用300 bar高压循环处理3遍,900 bar高压循环处理7遍。
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