本發(fā)明屬于造紙化學品領(lǐng)域，具體涉及一種生物質(zhì)基載酶脫墨劑及其制備方法與應用。
背景技術(shù)：
由于植物資源日益短缺以及對環(huán)境保護的要求提高，廢紙的回收利用已經(jīng)受到世界各國的重點關(guān)注。廢紙制漿具有節(jié)省原生纖維、減少環(huán)境污染、降低能耗等優(yōu)點，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。廢紙回收利用的一個重要技術(shù)就是脫墨工藝，而在廢紙脫墨過程中，脫墨劑的應用是最關(guān)鍵的一步。但是，在廢紙制漿造紙過程中，由于廢紙夾帶的印刷油墨、回收渠道、分類及循環(huán)使用次數(shù)等差異均會對廢紙漿質(zhì)量產(chǎn)生明顯影響，現(xiàn)有的表面活性劑類脫墨劑難以滿足多種廢紙的不同廢紙制漿脫墨工藝過程的需要，同時導致制漿脫墨過程用水量較大，廢紙制漿得率低，電、汽等能源消耗大，產(chǎn)品品質(zhì)低。因此，需要開發(fā)高效脫墨劑，提高廢紙的油墨去除率，同時提高廢紙漿品質(zhì)、節(jié)約能源，并實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。
酶是一種高活性生物催化劑，它催化效率高，具有很強的專一性。隨著酶制劑工業(yè)的發(fā)展，許多酶制劑已在造紙行業(yè)取得一定應用，但應用范圍和效果有限。目前，有些生物酶如木聚糖酶、纖維素酶、半纖維素酶已用于廢紙脫墨，但其工業(yè)效果并不理想，需要表面活性劑類脫墨劑進行協(xié)同作用以提高脫墨效果。但表面活性劑類脫墨劑多從石油化工原料經(jīng)過化學合成反應而得到，是一種化學合成類表面活性劑，長期使用化學合成類表面活性劑會對人體及環(huán)境造成惡劣影響。生物質(zhì)原料是一種廉價豐富的可再生性天然資源，用這些原料制備的生物質(zhì)基脫墨劑安全、環(huán)保、易降解。但生物質(zhì)原料脫墨性能也有一定的極限，若想繼續(xù)提高其脫墨性能，需要對其配方做進一步改善。另外生物酶需要在合適的環(huán)境才能保持較高的酶活，液體酶加入到固體狀的皂中穩(wěn)定性較差，因此如何解決生物酶在皂類脫墨劑中低穩(wěn)定性也是亟需解決的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種生物質(zhì)基載酶脫墨劑的制備方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種由上述制備方法制得的生物質(zhì)基載酶脫墨劑。
本發(fā)明的再一個目的在于提供上述生物質(zhì)基載酶脫墨劑的應用。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種生物質(zhì)基載酶脫墨劑的制備方法，包括以下步驟：
(1)將松香熔化后，加入棕櫚酸和植物油酸，混合均勻；
(2)在攪拌條件下，將氫氧化鈉溶液加入到步驟(1)混勻的原料中，在85～95℃下反應；將產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到飽和食鹽水中，攪拌一段時間后靜置，然后進行減壓抽濾、干燥，制得生物質(zhì)基脫墨劑；
(3)將步驟(2)制得生物質(zhì)基脫墨劑加入水中，控制生物質(zhì)基脫墨劑質(zhì)量濃度為60～80％，加熱至生物質(zhì)基脫墨劑全部溶化，冷卻到50～65℃；在攪拌條件下，加入酶穩(wěn)定劑、金屬離子螯合劑和生物酶，攪拌一段時間后趁熱轉(zhuǎn)移到成型器中，成型、切斷，干燥得到皂粒狀生物質(zhì)基載酶脫墨劑。
在本發(fā)明所述的制備方法中，步驟(1)中所述的松香為20～35重量份，棕櫚酸為35～45重量份，植物油酸為20～35重量份。
在本發(fā)明所述的制備方法中，步驟(1)所述的松香可以優(yōu)選為加工高級松香后剩下的廢渣。
在本發(fā)明所述的制備方法中，步驟(1)中所述的植物油酸的酸值為180～205mgKOH/g，碘值為46～57mgKOH/g所述的棕櫚酸的酸值為220～225mgKOH/g；所述的松香的酸值為150～170mgKOH/g，碘值為65～75mgKOH/g。
在本發(fā)明所述的制備方法中，步驟(2)中所述的氫氧化鈉溶液中的氫氧化鈉質(zhì)量，與步驟(1)中所述的松香、棕櫚酸和植物油酸總質(zhì)量之比為1：(6.5～7.5)。
在本發(fā)明所述的制備方法中，步驟(2)中將氫氧化鈉溶液加入到步驟(1)混勻的原料中之后，優(yōu)選在85～95℃下反應30～50min。
在本發(fā)明所述的制備方法中，步驟(2)中所述的氫氧化鈉溶液的質(zhì)量濃度可優(yōu)選為35～55％。
在本發(fā)明所述的制備方法中，步驟(2)中將產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到飽和食鹽水中之后優(yōu)選攪拌10～30min，靜置1～3h；所述的干燥的溫度優(yōu)選為40～65℃。
在本發(fā)明所述的制備方法中，步驟(3)中所述生物質(zhì)基脫墨劑為100重量份；所述的酶穩(wěn)定劑指0.2～0.6重量份硼砂，2～4重量份甘油和0.1～0.4重量份檸檬酸；所述的金屬離子螯合劑為0.2～0.4重量份；所述的生物酶為5～15重量份。
在本發(fā)明所述的制備方法中，步驟(3)中所述的金屬離子螯合劑指羥基亞乙基二膦酸和乙二胺四乙酸鈉鹽中的一種；所述的生物酶包括纖維素酶、木聚糖酶、果膠酶、半纖維素酶和甘露聚糖酶中的一種或多種。
在本發(fā)明所述的制備方法中，步驟(3)中所述的攪拌的轉(zhuǎn)數(shù)為800～1000r/min。所述的干燥指控制生物質(zhì)基載酶脫墨劑的固含量在88～93％。
在本發(fā)明所述的制備方法中，步驟(3)中所述攪拌的時間優(yōu)選為20～40min，即加入酶穩(wěn)定劑、金屬離子螯合劑和生物酶，攪拌20～40min后趁熱轉(zhuǎn)移到成型器中。
本發(fā)明還提供了一種由上述制備方法制得的生物質(zhì)基載酶脫墨劑。
本發(fā)明所述的生物質(zhì)基載酶脫墨劑作為一種造紙化學品在造紙領(lǐng)域有廣泛應用。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點及有益效果：
(1)本發(fā)明以天然可再生的生物資源(松香、棕櫚酸、植物油酸)為原料，在制得的生物質(zhì)基脫墨劑上附上無毒、對環(huán)境友好的生物酶，制得生物質(zhì)基載酶脫墨劑。該生物質(zhì)基載酶脫墨劑可生物降解，綠色環(huán)保。
(2)本發(fā)明與傳統(tǒng)的脫墨劑相比，提供了一種新型的脫墨劑。提高了脫墨劑的脫墨性能，最高可使廢紙漿白度提高10.13％ISO，殘余油墨去除率可達51.38％。
(3)本發(fā)明提供的生物質(zhì)基載酶脫墨劑是一種高穩(wěn)定體系載酶脫墨劑組合物，解決了酶制劑在皂類脫墨劑中的穩(wěn)定性問題。
(4)本發(fā)明的制備方法高效、節(jié)能、環(huán)保，在制備過程中還能回收甘油。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。本發(fā)明制備方法中所需的各原料均可以從市場購得。
實施例1
一種生物質(zhì)基載酶脫墨劑的制備方法，包括以下步驟：
(1)稱取35g酸值為150mg KOH/g、碘值為65mg KOH/g的松香置于圓底燒瓶中，在100℃下，攪動使其完全熔化，再分別加入45g酸值為220mg KOH/g的棕櫚酸與20g酸值為180mg KOH/g、碘值為57mg KOH/g的植物油酸，讓三種原料混合均勻；
(2)在不斷攪拌下，將44ml質(zhì)量百分濃度為35wt％的氫氧化鈉溶液加入到步驟(1)混勻的原料中，在85℃下反應30min。將產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到飽和食鹽水中，攪拌10min，靜置1h，然后進行減壓抽濾，對抽濾所得濾餅進行干燥制得生物質(zhì)基脫墨劑。
(3)稱取100重量份步驟(2)制得的生物質(zhì)基脫墨劑，加入一定量的水，控制質(zhì)量濃度為60％，加熱至生物質(zhì)基脫墨劑全部溶化，冷卻到50℃。在高速攪拌條件下，加入0.2重量份硼砂、2重量份甘油和0.2重量份檸檬酸；再加入0.2重量份乙二胺四乙酸鈉鹽；最后加入5重量份纖維素酶，攪拌20min后趁熱轉(zhuǎn)移到成型器中，成型、切斷、干燥得到皂粒狀生物質(zhì)基載酶脫墨劑。
實施例2
一種生物質(zhì)基載酶脫墨劑的制備方法，包括以下步驟：
(1)稱取35g酸值為170mg KOH/g、碘值為70mg KOH/g的松香置于圓底燒瓶中，在105℃下，攪動使其完全熔化，再分別加入40g酸值為223mg KOH/g的棕櫚酸與25g酸值為190mg KOH/g、碘值為52mg KOH/g的植物油酸，讓三種原料混合均勻；
(2)在不斷攪拌下，將38ml質(zhì)量百分濃度為35wt％的氫氧化鈉溶液加入到步驟(1)混勻的原料中，在90℃下反應30min。將產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到飽和食鹽水中，攪拌10min，靜置2h，然后進行減壓抽濾，對抽濾所得濾餅進行干燥制得生物質(zhì)基脫墨劑。
(3)稱取100重量份步驟(2)制得的生物質(zhì)基脫墨劑，加入一定量的水，控制質(zhì)量濃度為70％，加熱至生物質(zhì)基脫墨劑全部溶化，冷卻到55℃。在高速攪拌條件下，加入0.2重量份硼砂、2重量份甘油和0.1重量份檸檬酸；再加入0.2重量份乙二胺四乙酸鈉鹽；最后加入5重量份果膠酶和5重量份木聚糖酶，攪拌20min后趁熱轉(zhuǎn)移到成型器中，成型、切斷，干燥得到皂粒狀生物質(zhì)基載酶脫墨劑。
實施例3
一種生物質(zhì)基載酶脫墨劑的制備方法，包括以下步驟：
(1)稱取30g酸值為155mg KOH/g、碘值為65mg KOH/g的松香置于圓底燒瓶中，在105℃下，攪動使其完全熔化，再分別加入40g酸值為225mg KOH/g的棕櫚酸與30g酸值為195mg KOH/g、碘值為50mg KOH/g的植物油酸，讓三種原料混合均勻；
(2)在不斷攪拌下，將36ml質(zhì)量百分濃度為40wt％的氫氧化鈉溶液加入到步驟(1)混勻的原料中，在85℃下反應40min。將產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到飽和食鹽水中，攪拌20min，靜置2h，然后進行減壓抽濾，對抽濾所得濾餅進行干燥制得生物質(zhì)基脫墨劑。
(3)稱取100重量份步驟(2)制得的生物質(zhì)基脫墨劑，加入一定量的水，控制質(zhì)量濃度為80％，加熱至生物質(zhì)基脫墨劑全部溶化，冷卻到60℃。在高速攪拌條件下，加入0.2重量份硼砂、3重量份甘油和0.2重量份檸檬酸；再加入0.3重量份羥基亞乙基二膦酸；最后加入5重量份半纖維素酶和5重量份纖維素酶，攪拌30min后趁熱轉(zhuǎn)移到成型器中，成型、切斷，干燥得到皂粒狀生物質(zhì)基載酶脫墨劑。
實施例4
一種生物質(zhì)基載酶脫墨劑的制備方法，包括以下步驟：
(1)稱取20g酸值為165mg KOH/g、碘值為75mg KOH/g的松香置于圓底燒瓶中，在108℃下，攪動使其完全熔化，再分別加入45g酸值為220mg KOH/g的棕櫚酸與35g酸值為200mg KOH/g、碘值為50mg KOH/g的植物油酸，讓三種原料混合均勻；
(2)在不斷攪拌下，將29ml質(zhì)量百分濃度為45wt％的氫氧化鈉溶液加入到步驟(1)混勻的原料中，在90℃下反應40min。將產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到飽和食鹽水中，攪拌10min，靜置3h，然后進行減壓抽濾，對抽濾所得濾餅進行干燥制得生物質(zhì)基脫墨劑。
(3)稱取100重量份步驟(2)制得的生物質(zhì)基脫墨劑，加入一定量的水，控制質(zhì)量濃度為70％，加熱至生物質(zhì)基脫墨劑全部溶化，冷卻到65℃。在高速攪拌條件下，加入0.2重量份硼砂、4重量份甘油和0.4重量份檸檬酸；再加入0.4重量份乙二胺四乙酸鈉鹽；最后加入5重量份木聚糖酶和5重量份半纖維素酶，攪拌40min后趁熱轉(zhuǎn)移到成型器中，成型、切斷，干燥得到皂粒狀生物質(zhì)基載酶脫墨劑。
實施例5
一種生物質(zhì)基載酶脫墨劑的制備方法，包括以下步驟：
(1)稱取25g酸值為160mg KOH/g、碘值為170mg KOH/g的松香置于圓底燒瓶中，在110℃下，攪動使其完全熔化，再分別加入45g酸值為225mg KOH/g的棕櫚酸與30g酸值為205mg KOH/g、碘值為46mg KOH/g的植物油酸，讓三種原料混合均勻；
(2)在不斷攪拌下，將28ml質(zhì)量百分濃度為55wt％的氫氧化鈉溶液加入到步驟(1)混勻的原料中，在90℃下反應50min。將產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到飽和食鹽水中，攪拌30min，靜置2h，然后進行減壓抽濾，對抽濾所得濾餅進行干燥制得生物質(zhì)基脫墨劑。
(3)稱取100重量份步驟(2)制得的生物質(zhì)基脫墨劑，加入一定量的水，控制質(zhì)量濃度為80％，加熱至生物質(zhì)基脫墨劑全部溶化，冷卻到65℃。在高速攪拌條件下，加入0.6重量份硼砂、4重量份甘油和0.3重量份檸檬酸；再加入0.4重量份羥基亞乙基二膦酸；最后加入15重量份木聚糖酶，攪拌40min后趁熱轉(zhuǎn)移到成型器中，成型、切斷，干燥得到皂粒狀生物質(zhì)基載酶脫墨劑。
對實施例1～5制備得到的生物質(zhì)基載酶脫墨劑進行脫墨性能檢測：
取生物質(zhì)基載酶脫墨劑處理8#美廢紙漿，生物質(zhì)基載酶脫墨劑的加入量為0.2％，浮選在FORMAX Deink Cell(型號L-100)中進行。浮選時通氣量為0.36m3/min,壓力為0.07MPa。浮選漿濃1％，浮選時間15min。對浮選后的廢紙漿進行抄片，然后采用technidyne ColorTouch PC CTP-ISO型白度/殘余油墨測定儀檢測其白度及殘余油墨，檢測結(jié)果如表1、表2所示。
表1生物質(zhì)基載酶脫墨劑對紙張白度的影響
表2生物質(zhì)基載酶脫墨劑對紙張油墨去除率的影響
從表1和表2中可看出，本發(fā)明提供的生物質(zhì)基載酶脫墨劑能有效提高廢紙漿白度、去除油墨。
上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。