Введение к работе
Актуальность темы. Одним из перспективных направлений развития технологии отбелки целлюлозы является использование для предварительной обработки сульфатной целлюлозы ферментов ксиланаз.
Ферменты являются высокоспецифичными катализаторами
биологического происхождения, продуцентами которых являются грибы или бактерии. Промышленные препараты ферментов не содержат живых микроорганизмов и легко биологически разлагаются. Как катализаторы ферменты не расходуются и требуются в малых количествах для конкретной реакции.
Идея использования ксиланаз при отбелке сульфатной целлюлозы была предложена финскими учеными в 1987 году. Ксиланазы непосредственно не отбеливают целлюлозу, а оказывают косвенное влияние на процесс делигнификации и рассматриваются как вещества, способствующие улучшению белимости целлюлозы. Механизм действия ксиланаз на сульфатную целлюлозу является еще недостаточно изученным и требует дальнейших исследований.
В схемах отбелки с применением хлоропродуктов предварительная ксиланазная обработка позволяет сократить потребление молекулярного хлора и хлорсодержащих отбеливающих химикатов, что приводит к уменьшению содержания органических соединений хлора (АОХ) в сточных водах. В схемах ECF- и TCF-отбелки ферментная обработка уменьшает расход диоксида хлора и пероксида водорода, сокращая затраты на получение беленой целлюлозы.
Анализ мировых тенденций в развитии технологии целлюлозно -бумажной промышленности свидетельствует об актуальности научных исследований в области применения ферментов - ксиланаз для отбелки целлюлозы. Использование ферментов при отбелке целлюлозы является одним из приоритетных направлений развития науки и техники, которое включено в состав ФЦНТП, финансируемых Федеральным агентством по науке и инновациям (Роснауки).
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является научное обоснование и разработка технологии отбелки сульфатной целлюлозы с включением стадии ферментной обработки ксиланазами для повышения белимости целлюлозы и уменьшения расхода химикатов на отбелку.
Для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:
установить влияние факторов на эффективность стадии ферментной обработки ксиланазами при отбелке лиственной и хвойной сульфатной целлюлозы;
получить новые экспериментальные данные и уточнить на их основе представления о механизме действия ксиланаз на хвойную и лиственную сульфатную целлюлозу, сравнить эффективность различных ксиланаз;
исследовать влияние обработки ксиланазами хвойной и лиственной сульфатной целлюлозы на их состав, свойства и белимость;
- установить режимные параметры стадии обработки ферментом
Pulpzyme НС хвойной и лиственной сульфатной целлюлозы, обосновать
целесообразность включения этой стадии в схемы отбелки сульфатной
целлюлозы Котласского ЦБК;
- провести промышленные испытания технологии отбелки сульфатной целлюлозы с включением стадии обработки ферментом Pulpzyme НС.
Научная новизна. Получили дальнейшее развитие теоретические представления о закономерностях растворения лигнина при обработке ксиланазами лиственной и хвойной сульфатной целлюлозы. Показано, что в результате деструкции в процессе ферментной обработки части сорбированного ксилана и раскрытия микрокапиллярной структуры целлюлозы интенсифицируется диффузия веществ черного щелока из волокна, а также происходит растворение лигнина целлюлозы с высокой молекулярной массой.
Впервые установлено, что при действии ксиланаз число Каппа хвойной и лиственной сульфатной целлюлозы, оставаясь в целом ниже, чем число Каппа исходной целлюлозы, на определенном этапе обработки (20...60 мин) имеет минимальное значение, после чего начинает возрастать при одновременном снижении белимости целлюлозы, что связано, предположительно, с конденсационными изменениями лигнина целлюлозы.
Выявлены существенные различия в поведении хвойной и лиственной сульфатной целлюлозы при обработке ферментами - ксиланазами, которые связаны с особенностями морфологии хвойных и лиственных целлюлозных волокон, а также с различиями в химическом составе этих целлюлоз.
С учетом того, что химические потери целлюлозы при ферментной обработке и последующей отбелке определяются не только растворением углеводов, но и удалением остаточного лигнина целлюлозы, оценена избирательность действия различных препаратов ксиланаз.
Практическая ценность. Разработанные технологические схемы отбелки хвойной и лиственной сульфатной целлюлозы с использованием стадии обработки ксиланазами позволяют получить беленую целлюлозу с высокими качественными показателями при снижении затрат на отбелку за счет уменьшения расхода хлорсодержащих химикатов.
Технология отбелки хвойной сульфатной целлюлозы с включением в схему стадии обработки небеленой целлюлозы ферментом Pulpzyme НС с высоким экономическим эффектом внедрена на Котласском ЦБК.
Автором на защиту выносятся следующие основные положения диссертационнойработы:
установленные закономерности процесса обработки лиственной и хвойной сульфатной целлюлозы ферментами ксиланазного типа;
режимные параметры процесса обработки ферментом Pulpzyme НС лиственной сульфатной целлюлозы и хвойной сульфатной целлюлозы;
технологические схемы отбелки лиственной сульфатной целлюлозы с использованием стадии обработки ферментами - ксиланазами;
- результаты промышленных испытаний технологии отбелки хвойной сульфатной целлюлозы с включением стадии обработки небеленой целлюлозы ферментом Pulpzyme НС.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на пятнадцатой Коми республиканской молодежной конференции (Сыктывкар, 2004 г), на Международной научно-технической конференции, посвященной 75-летию АЛТИ-АГТУ «Современная наука и образование в решении проблем экономики Европейского Севера» (Архангельск, 2004 г.), на научно-технической конференции АГТУ по итогам работы за 2002 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация включает в себя: введение; обзор литературы; методики исследования; экспериментальную часть, включающую 7 глав; общие выводы, приложения (программа испытаний и акт о внедрении). Содержание работы изложено на 165 страницах, включая 16 рисунков и 44 таблицы, библиография содержит 136 наименований.
