纖維素酶制備納米纖維素及其在制漿造紙中的應(yīng)用.pdf

1、近年來(lái)，資源與環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)注。開(kāi)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(shì)。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(zhì)。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(dú)特的性能，如：較高的楊氏模量和結(jié)晶度、密度低，可生物降解，表面具有的活性基團(tuán)有利于對(duì)其進(jìn)行表面改性等，這些特性使其具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。納米纖維素的制備方法有機(jī)械法、化學(xué)法、生物法等，其中機(jī)械法不需要大量的化學(xué)品，但是制備

2、過(guò)程能耗較高?；瘜W(xué)法雖然簡(jiǎn)單易行，但是對(duì)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(qiáng)，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(duì)其性能進(jìn)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(yīng)用于紙漿中，研究其對(duì)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(yīng)時(shí)間、底物濃度對(duì)NC產(chǎn)率、結(jié)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(jié)果表明，通過(guò)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(chǎn)物的得率降低，水解液中還原糖含量提高，木質(zhì)纖維素?zé)o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(chǎn)物得率低。利用 AFM對(duì)兩種酶制備的NC外觀形貌進(jìn)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(zhǎng)徑比略低。與硫酸水解獲得的NC相比，酶水解產(chǎn)物具有較大的長(zhǎng)徑比。FT-IR分析表明酶解后產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)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?jī)H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(dú)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(duì)漿料的留著率及濾水性能的改善作用，及其對(duì)高嶺土的絮聚效果。研究結(jié)果表明，單獨(dú)使用NC可以提高漿料的留著率，但對(duì)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(duì)漿料的濾水性能有所改善。CPAM/NC體系對(duì)漿料的留著率最大（88.98%），與對(duì)照樣相比，提高了約7.0%，濾水速度也略有提高。與單

6、獨(dú)使用CPAM相比，CPAM/NC體系對(duì)高嶺土具有顯著的絮聚效果，所得絮聚體的更均勻、密實(shí)。最后，研究了NC及CPAM/NC、CS/NC雙元體系對(duì)紙張物理性能的影響。結(jié)果表明，由酸性纖維素酶制備得到的NC對(duì)紙張的增強(qiáng)效果較好。對(duì)于NC單元體系，在NC用量為0.8%時(shí)增強(qiáng)效果較好，裂斷長(zhǎng)、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