紙是人類智慧的結晶,隨著歷史長河的無數次衝刷,作為我國四大發明之一的造紙術也逐漸走向了今日的成熟。造紙技術的發展,它代表的是一種文化的傳承,它不僅讓我們的文化知識有了更便捷的載體,為我們留下了數之不盡的文化瑰寶,它更關係著整個時代的文化進程,這也就是為什麼我國曆朝歷代的改革都離不開對字跡載體的升級,但繁雜的造紙過程也伴隨著嚴重的汙染。
今天我們就來聊聊佔據我國四大發明之一重要地位的造紙技術,看看酶製劑在其中究竟起到了怎樣的環保作用。
現代的造紙程序主要分為製漿、調製、抄造、加工等步驟,製漿作為造紙的第一步,一般要將木材轉變成紙漿,而酶製劑在其中的運用有以下幾點。
一、生物製漿
經過生物酶降解的原料,結合化學、機械製漿再進一步分離出纖維原料的過程叫生物製漿。不同的原料會用到不同的生物酶,如韌皮纖維會有果膠質,可選用果膠酶分解果膠質,釋放出纖維素,而草漿和木漿均含有較多的木素,可以通過木素降解與化學製漿、機械製漿相結合的方式來製漿。生物製漿的方法具有能耗低、環境壓力輕、耗鹼量大幅下降、強度性能好等特點。
二、漂白促進
用於紙漿漂白的酶主要有半纖維素酶和木素降解酶,生物漂白的目的主要是少用化學漂白劑來改善紙漿的性能,減少漂白所帶來的汙染。木聚糖酶用於紙漿的漂白預處理能夠提高紙漿的白度、降低漂劑用量和漂白段廢水的汙染負荷,對漿的粘度和成紙強度無不利影響。對於那些大量使用二氧化氯和雙氧水的漂白工藝而言,能夠顯著降低生產成本。
三、酶促打漿
酶主要是通過對纖維素改性的方式來降低打漿能耗的。目前,研究使用的酶主要有果膠酶、木聚糖酶、漆酶、纖維素酶、甘露聚糖酶、乙醯木聚糖酯酶、阿拉伯糖水解酶等。用半纖維素酶和木聚糖酶對打漿前的紙漿進行預處理,可降低打漿能耗、減少紙機蒸汽消耗量、改善成紙性能。
四、用於纖維改性和脫墨
酶法脫墨是採用酶處理油墨或纖維表面,其中脂肪酶和酯酶能夠降解植物油基油墨,果膠酶、澱粉酶、半纖維素酶、纖維素酶和木素降解酶能夠改變纖維表面或油墨離子附近的連接鍵,使油墨分離,再經洗滌或浮選法脫除。回收紙漿的濾水性能比初次紙漿差,酶法脫墨的另一長處則是可以提高回收紙漿的濾水能力。與化學脫墨法相比,酶法脫墨後的紙漿具有很好的物理性能和低殘留墨等優點。
不只如此,酶還可以改善纖維成紙性能。在一定的密度下,纖維素酶處理硫酸鹽漿能提高成紙的抗張指數;能提高薄頁紙的柔軟性,使纖維表面和整體的柔性上升。用纖維素酶和半纖維素酶處理紙漿,還可改善纖維壓縮性,使紙頁微孔性下降,密度和透明度升高。
酶的優勢很多,它還可以用作其中的木素改性、廢水處理、過氧化氫控制、樹脂障礙控制等等,比如漆酶用於木素改性、廢水處理可提高含機械漿漿料的溼強度和降低廢水色度及BOD/COD值;過氧化氫酶可監控和優化漂白中過氧化氫的用量。漂白結束後,加入過氧化氫酶還可降解殘餘過氧化氫。
對於樹脂障礙控制方面,樹脂的存在一直都是困擾新聞紙生產廠家的一大難題,尤其是以馬尾松為主要原料的新聞紙廠。原料中的樹脂在造紙時容易引起樹脂障礙,造成紙機運行時頻繁斷紙以及紙病的出現,使紙機車速受到限制,大大影響了生產效率和成品品質。而脂肪酶用於樹脂障礙控制可提高紙張強度,減少紙病,縮短停機時間並減少紙毯及輥子的清洗次數,改善紙品質量並提高生產經濟效益。
造紙工業是國民經濟的重要支柱產業之一,但也是森林、能源、化學品等資源消耗和環境汙染的大戶。全球的造紙工業每年要砍伐數億立方米的林木,而其中約半數變為廢棄物又被排回了周圍的大氣和水流中,給人類生存的生態環境造成了巨大的威脅和危害。而生物技術的加入勢必會讓造紙工業走向真正的環保。