DisCollection.ru

Авторефераты и темы диссертаций

Поступления 07.11.2007

Материалы

загрузка...

Ферментативное обессмоливание целлюлозы и механической массы

Емельянова Марина Викторовна, 07.11.2007

 

результаты обработки липазой лиственной ХТММ;

результаты оценки активности липазы в присутствии сульфитной и сульфатной целлюлозы;

результаты определения гидрофобных свойств целлюлозы по сорбции паров

данные о стабилизирующем действии на смолу производственных образцов ПАВ и сапонинов и их совместимости с липазой;

технологическая схема подготовки лиственной сульфатной целлюлозы к отбелке с включением стадии обработки липазой.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на международной научно-технической конференции, посвященной 75–летию АЛТИ-АГТУ «Современная наука и образование в решении проблем экономики Европейского Севера» (Архангельск, 2004 г.); II всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов (Екатеринбург, 2006г.); всероссийской научной конференции «Химия и технология растительных веществ» (Сыктывкар, 2006г.), а также на ежегодных научно-технических конференциях Архангельского ГТУ (2005-2007гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает в себя: введение; аналитический обзор; методическую часть; экспериментальную часть, включающую 6 разделов; общие выводы и список использованных источников. Содержание работы изложено на 118 страницах, включая 32 рисунка и 29 таблиц, библиография содержит 190 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В обзоре литературы приведены данные о содержании и составе смолистых веществ целлюлозы, полученной сульфатным и сульфитным способами. Рассмотрен состав вредной смолы и показана роль жиров, как наиболее липкого компонента смолы целлюлозы. Описаны существующие методы определения вредной смолы и оценки ее состояния. Изложены способы предотвращения смоляных затруднений. Показана эффективность исполь-зования липазы на примере зарубежных заводов по производству механической массы из высокосмолистой древесины сосны. Приведены данные, что использование липазы Resinasе А2Х значительно снижает проявление вредной смолистости за счет удаления жиров. Представлены основные сведения по механизму действия липаз и направлениям их использования.

Наибольшие смоляные затруднения возникают в производстве хвойной сульфитной и лиственной сульфатной целлюлозы. Отмечено отсутствие сведений о промышленном использовании липазы для обработки технических видов целлюлозы и сделан вывод о необходимости проведения исследований в данном направлении. На основе анализа литературных данных сформулированы цель и задачи работы.

В методической части представлены характеристики объектов, материалов и методик исследования. В работе использовались образцы небеленой лиственной сульфатной и сульфитной целлюлоз, полученных по режимам Архангельского и Котласского ЦБК, химико-механической массы (ХММ) Сокольского ЦБК и химико-термомеханической массы (ХТММ) Сясьского ЦБК; диспергаторы и фиксаторы марок Bimex и Infinity; органические биоразлагаемые продукты (компания ООО «Микроклеточная технология», г. Москва); липаза Resinase A2X® (”Novozymes”, Дания) и ксиланазы: Pulpzyme НС (”Novozymes”, Дания), Ecopulp TX 200C (OY BANMARK AB, Финляндия). Обработку целлюлозы ферментами и отбелку массы проводили по технологическим режимам предприятий. Анализ целлюлозы проводился в соответствии со стандартными методиками ГОСТ.

Действие липазы на смолу, выделенную из древесины и целлюлозы, определяли микроскопическим методом с использованием программно-аппаратного комплекса, состоящего из видеокамеры, микроскопа, компьютера и соответствующего программного обеспечения. Активность липазы в модельной системе проверяли титриметрическим методом по отношению к трибутирину- триглицериду масляной кислоты. Оценку стабильности смоляной эмульсии в присутствии различных видов ПАВ проводили криоскопическим методом с использованием установки, разработанной на кафедре биотехнологии АГТУ. Гидрофобность целлюлозы определяли по сорбции паров гексана.

Экспериментальная часть состоит из 6 разделов.

1. Действие липазы Resinase A2X на смолу, выделенную из древесины и

Экстракцией этанолом были выделены образцы смолы древесины хвойных и лиственных пород, небеленой сульфитной хвойной и сульфатной лиственной целлюлозы. Ход ферментативной реакции гидролиза жиров под действием липазы оценивали, используя визуальный микроскопический анализ. Деструкцию смолы под действием липазы наблюдали в специально изготовленной термостатируемой ячейке при 40оС, фиксируя ход процесса непрерывно в течение 20…30 мин.

Быстрое уменьшение объема и растворение смоляных частиц свидетельствовало об эффективном действии липазы на смолу, выделенную как из древесины, так и из целлюлозы. Липаза способна разрушать смолу, оставшуюся в целлюлозе, в большей степени смолу сульфитной, в меньшей –сульфатной целлюлозы.

a) начало реакции

б) 8 мин реакции

Рисунок 1 - Действие липазы Resinase A2X на смолу, выделенную из хвойной сульфитной целлюлозы

Судя по составу смолы, действие липазы в случае с сульфитной целлюлозой связано с гидролизом жиров. При сульфатной варке жиры разрушаются в значительно большей степени и наблюдаемые изменения смолы под действием липазы связаны с частичной деструкцией наиболее устойчивых в условиях щелочной варки этерифицированных компонентов смолы: стериновых эфиров и восков. Было отмечено, что после обработки липазой, при внешне незначительной степени деструкции, смола сульфатной целлюлозы легко распадалась на отдельные фрагменты, что свидетельствовало о снижении ее липкости. Полученные результаты создают предпосылки для дальнейшего изучения использования липазы для обессмоливания технической целлюлозы.

2. Использование липазы для обессмоливания волокнистых полуфабрикатов высокого выхода

Было проверено действие липазы Resinase A2X на хвойную ХММ Сокольского ЦБК и осиновую ХТММ Сясьского ЦБК. Обработку механических масс липазой проводили в условиях: рН 7.0, температура 60?С, концентрация массы 8%, время обработки 2 ч.

Обработка липазой хвойной ХММ не привела к снижению суммарного содержания экстрактивных веществ, что может быть объяснено невысоким содержанием жиров в древесине ели и пихты (табл.1), а также тем, что продукты гидролитического действия липазы при выделении растворителем остаются в составе экстрактивных веществ.

Предварительная обработка липазой осиновой ХТММ с последующей отбелкой Н2О2 обеспечивает уменьшение содержания смолы в беленой массе на 14…35 % и может быть рекомендована для снижения смоляных затруднений при производстве лиственной ХТММ.

Таблица 1 – Эффективность обессмоливания механических масс липазой

механической массы Расход липазы,

кг/т Показатели массы после отбелки Н2О2

Экстрактивные вещества, % Белизна, %

Исходная ХММ

ХММ, обработанная липазой

ХММ, обработанная липазой

Лиственная

Исходная ХТММ

ХТММ, обработанная липазой

ХТММ, обработанная липазой

Часть смолы в процессе получения волокнистых полуфабрикатов переходит в раствор и присутствует в эмульгированном состоянии. Ранее было установлено, что обработка нейтрально-сульфитным щелоком (НСЩ) приводит к увеличению выхода небеленой сульфатной целлюлозы за счет сорбции гемицеллюлоз и лигнина. Однако при этом наблюдались затруднения при промывке массы, что было связано с осаждением компонентов смолы на волокна целлюлозы. Осаждение смолы НСЩ на небеленую сульфитную целлюлозу оказалось значительно ниже, чем на сульфатную целлюлозу, что указывает на их различную сорбционную способность (рис.2).

Проведенные экспери-менты показали, что пос-ле предварительной об-работки НСЩ липазой содержание переосаж-денных компонентов смолы в сульфатной цел-люлозе уменьшилось в 2 раза(рис.2). Это является доказательством того, что именно наличие жиров в составе смолы придает ей высокую липкость и способность к осаждению.

Рисунок 2 – Осаждение смолы НСЩ на целлюлозу