纖維素酶制備納米纖維素及其在制漿造紙中的應用.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、近年來,資源與環(huán)境問題越來越受到人們的關注。開發(fā)利用可再生資源以替代煤、石油等化石資源成為必然的趨勢。天然纖維是自然界中分布最廣的可再生的生物高分子物質。由其制備得到的納米纖維素是一種綠色、環(huán)境友好的納米材料,具有一些獨特的性能,如:較高的楊氏模量和結晶度、密度低,可生物降解,表面具有的活性基團有利于對其進行表面改性等,這些特性使其具有廣泛的應用價值。納米纖維素的制備方法有機械法、化學法、生物法等,其中機械法不需要大量的化學品,但是制備

2、過程能耗較高?;瘜W法雖然簡單易行,但是對環(huán)境污染較大。酶解法制備納米纖維素工藝條件溫和,專一性強,且所用的試劑酶與纖維素均為可再生資源,因此是一種綠色環(huán)保的方法。本論文采用纖維素酶水解 KP漿及廢紙漿制備納米纖維素(NC),并對其性能進行了表征,探討了水解液濃縮發(fā)酵乙醇的可能性。將制備得到的納米纖維素應用于紙漿中,研究其對紙漿性能的改善作用。
  本研究首先采用酸性纖維素酶和Fiber Care D(中性酶)兩種酶水解KP漿及辦公

3、廢紙漿制備NC,探討了酶用量、反應時間、底物濃度對NC產率、結晶度、Zeta電位以及水解液中還原糖含量及成分的影響。研究結果表明,通過纖維素酶水解可以獲得穩(wěn)定的納米纖維素懸浮液。隨著酶用量的增加,產物的得率降低,水解液中還原糖含量提高,木質纖維素無定形區(qū)被逐漸降解。在相同條件下,酸性纖維素酶比Fiber Care D酶酶解效率高,水解液中還原糖含量高,但產物得率低。利用 AFM對兩種酶制備的NC外觀形貌進行觀察,發(fā)現(xiàn)酸性纖維素酶獲得的N

4、C懸浮液分散性能優(yōu)于Fiber Care D酶,但粒徑較大,長徑比略低。與硫酸水解獲得的NC相比,酶水解產物具有較大的長徑比。FT-IR分析表明酶解后產物的分子結構與原料基本一致,但熱穩(wěn)定性略有下降。利用離子色譜分析纖維素酶水解液,發(fā)現(xiàn)其主要成分為葡萄糖和木糖,其中大多數(shù)為葡萄糖。將酸性纖維素酶水解KP漿的水解液濃縮至總糖的含量為57.02 g/L,發(fā)酵72 h后水解液中的糖含量僅有4.16 g/L,根據(jù)糖初始濃度和發(fā)酵后的濃度可得出發(fā)

5、酵效率為92.7%。隨后,將NC單獨使用或與CPAM、CS組成微粒助留體系添加到未漂廢新聞紙漿中,研究其對漿料的留著率及濾水性能的改善作用,及其對高嶺土的絮聚效果。研究結果表明,單獨使用NC可以提高漿料的留著率,但對濾水性能是不利的。由NC與CPAM或CS組成的微粒助留體系不僅可以提高漿料的留著率,并且對漿料的濾水性能有所改善。CPAM/NC體系對漿料的留著率最大(88.98%),與對照樣相比,提高了約7.0%,濾水速度也略有提高。與單

6、獨使用CPAM相比,CPAM/NC體系對高嶺土具有顯著的絮聚效果,所得絮聚體的更均勻、密實。最后,研究了NC及CPAM/NC、CS/NC雙元體系對紙張物理性能的影響。結果表明,由酸性纖維素酶制備得到的NC對紙張的增強效果較好。對于NC單元體系,在NC用量為0.8%時增強效果較好,裂斷長、撕裂指數(shù)及耐破指數(shù)分別為2.425 km、6.053 mN·m2/g、2.549 KPa·m2/g,提高了19.93%、6.18%、16.99%。但透氣

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