生物酶及过渡金属离子对废纸浆过氧化氢漂白影响的研究

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废纸浆非常容易产生腐浆,腐浆里面存在一些微生物,且废纸浆本身的组成就比较复杂,这些因素都会影响废纸浆的过氧化氢漂白。本文主要从生物酶及过渡金属离子对废纸浆过氧化氢漂白的影响进行研究,主要内容包括四个方面:一是研究过氧化氢酶及辣根过氧化物酶对废纸浆过氧化氢漂白的影响;二是研究过渡金属离子Cu2+,Fe2+,Mn2+对废纸浆过氧化氢漂白的影响;三是通过电镜观察加酶漂白前后纸页表面的形态变化;四是Mn2+催化分解过氧化氢的动力学研究。通过生物酶在碱性条件下对过氧化氢分解的影响实验及废纸浆过氧化氢漂白的最佳漂白条件,确定加入酶进行漂白的工艺条件:浆浓:10.0%;H2O2:5.0%;NaOH:3.0%;Na2SiP3:3.0%;MgSO4:0.5%;EDTA:0.15%;温度:60℃;时间:2小时。实验结果表明:加入酶后,漂后废纸浆白度和残余H2O2均比未加酶的降低,说明酶催化了H2O2的分解。在60℃时对酶活的测定可以看出,过氧化氢酶的活性大于辣根过氧化物酶的活性,在酶加入量相同的情况下过氧化氢酶漂白后的纸浆白度和残余H2O2浓度降低的幅度稍大于加辣根过氧化物酶的,当加入120mg/kg浆过氧化氢酶漂白后:纸浆白度59.67%ISO,残余H2O2浓度:1.10g/l,而加入120mg/kg浆辣根过氧化物酶漂白后:纸浆白度62.07%ISO,残余H2O2浓度:1.22g/l。在研究过渡金属离子对废纸浆过氧化氢漂白的影响中,发现碱性条件下Cu2+,Fe2+都在20min左右催化H2O2完全分解,而Mn2+稍缓慢一些,大概50min完全分解。而采用强螯合(浆浓10.0%,EDTA1.0%,Ph值3.0,温度70℃,时间60min)处理纸浆后,再在纸浆中重新加入Cu2+,Fe2+,Mn2+,实验结果表明,随着金属离子含量的增加,纸浆的白度和残余H2O2都逐渐降低,特别是Mn2+,在反应终点,残余H2O2的浓度几乎为零,而且当Mn2+加入量达到25mg/kg浆时,漂后纸浆的白度基本上没有变化,可见H2O2基本上被催化分解了,对纸浆没有漂白作用。从电镜照片可以看出:过氧化氢漂白后纸页表面的细小纤维明显减少,整根长纤维暴露出来,说明过氧化氢降解了部分细小纤维,并且加酶漂白后的纤维表面比未加酶漂白的纤维表面保留了更多的细小纤维,说明酶催化过氧化氢发生了无效分解,从而减小了过氧化氢对细小纤维的降解。从Mn2+催化分解H2O2的动力学研究发现,温度对H2O2分解起着很重要的作用,由锰离子催化H2O2分解的反应速率常数以及活化能(Ea=172.6kJ/mol)的计算可以得出,在碱性条件下Mn2+对过氧化氢分解反应有催化活性。
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