仿酶預(yù)處理對麥草機(jī)械制漿性能的影響及后續(xù)廢水的高效處理.pdf

1、仿酶催化不僅兼有酶催化與化學(xué)催化兩者的優(yōu)點(diǎn)，而且是實(shí)現(xiàn)綠色制漿化學(xué)的直接而有效的途徑。本實(shí)驗(yàn)分別研究了GIF仿酶體系處理麥草CEI的機(jī)理，GIF仿酶體系預(yù)處理對麥草原料制漿性能的影響，F(xiàn)e-CA仿酶體系聯(lián)合活性污泥法處理制漿廢水，在漆酶的作用下添加松柏醇去除廢水中木素及其木素衍生物。 以Cu2+/螯合劑/過氧化氫構(gòu)成的GIF仿酶體系是模擬以Cu2+為氧化活性中心的漆酶的仿酶系統(tǒng)之一。本研究首先采用Cu2+/吡啶/過氧化氫的GIF

2、仿酶體系對麥草的纖維素酶酶解木素(CEL)進(jìn)行了仿酶降解，通過FT-IR以及GC-MS分析，解析了CEL在降解過程中的結(jié)構(gòu)變化，并對CEL的仿酶降解機(jī)理進(jìn)行了初步探討。研究結(jié)果表明：該仿酶降解方法對CEL有較強(qiáng)的降解能力，酶解木素在仿酶體系中存在側(cè)鏈上及甲氧基C-H鍵的破壞、木素結(jié)構(gòu)中Cα-Cβ連接鍵的斷裂、苯環(huán)的開環(huán)等反應(yīng)。 采用GIF仿酶體系對麥草進(jìn)行預(yù)處理，研究了仿酶處理麥草對制漿性能的影響。對仿酶處理前后的化學(xué)組成進(jìn)行測

3、定，深入探討了仿酶預(yù)處理的機(jī)理，為仿酶制漿領(lǐng)域的應(yīng)用提供新工藝。結(jié)果表明，采用仿酶預(yù)處理的最佳工藝條件為：仿酶絡(luò)合物用量為3mmol/kg絕干麥草，H2O2用量定為31.5g/kg絕于麥草，處理溫度為30℃，處理時(shí)間4h。經(jīng)GIF仿酶系統(tǒng)預(yù)處理后，Klason木素含量、苯-醇抽出物和灰分含量均有不同程度的降低。經(jīng)GIF仿酶體系預(yù)處理后綜纖維素含量為75.12％，與未處理樣相比升高了3.41個(gè)百分點(diǎn)，處理后Klason木素降低了3.37個(gè)

4、百分點(diǎn)。苯醇抽出物的含量降低了0.98個(gè)百分點(diǎn)。研究結(jié)果表明該仿酶系統(tǒng)不僅對麥草中的木素有較強(qiáng)的降解作用，而且對麥草表面的蠟質(zhì)、脂肪酸等也具有一定的降解作用。從電鏡照片可看出，經(jīng)GIF仿酶系統(tǒng)預(yù)處理后的麥草表面變得粗糙不平，還有許多孔洞和凹坑，有明顯纖維骨架露出，說明了GIF仿酶體系確實(shí)可以高效的脫除部分木素。天然紋孔和仿酶預(yù)處理產(chǎn)生的孔洞，可以降低后續(xù)藥液滲透的阻力，為化學(xué)藥液的滲透和木素的溶出提供更多的通道，從而改善了化學(xué)處理的效果

5、。 實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的廢水首先進(jìn)行酸析處理以除去其中的大部分木素，隨后采用鐵系仿酶體系對其進(jìn)行處理。鐵-羧酸(Fe-CA)和H2O2組成的仿木素過氧化物酶酶體系能使部分木素發(fā)生脫氫聚合，從而使木素分子量增大，親水性降低，易絮凝而除去。鐵與羧酸形成的螯合物性能穩(wěn)定，價(jià)格低廉。采用仿酶-混凝法處理高CODcr的制漿廢水，CODcr、SS等主要污染物的去除率分別可達(dá)55％、60％以上，通過木素的大量脫除有效地提高了廢水的可生化性，為難降解廢

6、水的后續(xù)處理創(chuàng)造了條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明應(yīng)用Fe-CA處理系統(tǒng)可以很好的處理木素含量較高的制漿造紙中段廢水，其最佳條件為：Fe-CA用量10g/m3，雙氧水用量150g/m3，硫酸鋁的投加量為300g/m3，APAM加入量為5g/m3，處理時(shí)間1h，沉降時(shí)間3個(gè)小時(shí)。該處理工藝設(shè)備簡單，操作方便，成本低，可以適應(yīng)較高的廢水負(fù)荷。經(jīng)仿酶-混凝法處理后的廢水在經(jīng)過生化處理，既可達(dá)標(biāo)排放。 生化處理后的廢水具有較高的色度，我們利用漆酶對木

7、素的氧化催化作用，添加松柏醇使之與廢水中的可溶性木素及其衍生物發(fā)生聚合反應(yīng)，從而生成疏水性的大分子聚合物而溶出，可以實(shí)現(xiàn)造紙廢水的深度處理。本實(shí)驗(yàn)選取松柏醇用量，漆酶用量，反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間來作為對處理后廢水CODcr和色度的影響因素，設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理與分析而得到理論上的最佳方案，并通過驗(yàn)證試驗(yàn)得到最佳處理方案。實(shí)驗(yàn)表明，在漆酶的作用下添加松柏醇可以有效地去除廢水中的可溶性木素及其衍生物，在松柏醇用量為0.078g/L