專利名稱：處理造紙白水用顆粒狀載體固定化脂肪酶及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于處理造紙白水的固定化生物酶，具體地說，是涉及一種處理造紙白水用顆粒狀載體固定化脂肪酶及其制備方法。
背景技術(shù)：
我國造紙工業(yè)是一個正在經(jīng)歷著從傳統(tǒng)工業(yè)向現(xiàn)代化工業(yè)轉(zhuǎn)型的重要產(chǎn)業(yè)。但同時(shí)，造紙工業(yè)對國家能源消耗和環(huán)境污染越來越嚴(yán)重。2006年，我國造紙工業(yè)對排放廢水總量約占工業(yè)總排放量的16%，COD排放量約占總排放量的33%。造紙工業(yè)的高耗水量和高污染問題已對我國能源安全和生態(tài)安全起到一種全局性的影響作用。隨著未來相當(dāng)一段長時(shí)間內(nèi)，造紙工業(yè)的快速發(fā)展對能源的消耗量會越來越大，發(fā)展新的造紙工業(yè)水循環(huán)利用技術(shù)和能源利用新技術(shù)已到刻不容緩的關(guān)頭。對于以木材為原料的制漿造紙廠，特別在我國南方以馬尾松為主要原料生產(chǎn)新聞紙的紙廠來說，樹脂障礙問題一直是一大難題。在制漿造紙過程中，紙漿中的樹脂會以多種方式沉積在制漿造紙?jiān)O(shè)備表面產(chǎn)生一系列樹脂障礙問題，這些問題所產(chǎn)生的危害作用主要有兩個方面一是樹脂沉積能夠?qū)е庐a(chǎn)品質(zhì)量的下降；二是樹脂的沉積能夠影響制漿造紙過程，使產(chǎn)品的產(chǎn)量降低。由于傳統(tǒng)的化學(xué)控制法、機(jī)械控制法和工藝控制法不能有效地防止樹脂沉積問題以及頻繁出現(xiàn)于紙機(jī)各部的斷頭，從而造成了許多計(jì)劃外的停機(jī)和清洗， 這也成為進(jìn)一步提高車速的瓶頸。另外，隨著現(xiàn)代化紙廠用水封閉循環(huán)的日趨完善，造紙用材種類的擴(kuò)展以及堿性抄紙技術(shù)的應(yīng)用等因素的影響，樹脂障礙問題將成為造紙工業(yè)中日益突出的問題之一。許多研究表明，白水中的甘油三酸酯是制漿造紙過程中產(chǎn)生樹脂障礙的主要有害組分。由于甘油三酸酯是非極性組分，在白水循環(huán)回用過程中很容易依靠范德華力粘附在一些憎水性的設(shè)備表面上，從而形成大量的樹脂沉積物。利用生物技術(shù)控制紙廠中的樹脂障礙問題是近年來研究的熱門課題，國內(nèi)外都已經(jīng)開展了這方面的研究。此種方法主要是利用脂肪酶將樹脂中的酯類物質(zhì)水解成低粘性的脂肪酸和醇類，從而達(dá)到控制樹脂沉積的目的。雖然脂肪酶對白水中的樹脂沉積物具有很好的催化分解作用，但目前的研究者都只是將生物酶一次性的加入到白水中，很少考慮到脂肪酶的回收利用，這樣必然會造成脂肪酶的浪費(fèi)，提高了工廠處理白水的成本?，F(xiàn)有技術(shù)更沒有考慮，采取措施改變固定化顆粒表面結(jié)構(gòu)，促進(jìn)脂肪酶的固定效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種強(qiáng)化脂肪酶固定化效果，并能持續(xù)改進(jìn)造紙白水中的樹脂沉積物作用的處理造紙白水用顆粒狀載體固定化脂肪酶及其制備方法。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所采用的技術(shù)方案是
一種處理造紙白水用顆粒狀載體固定化脂肪酶的制備方法，包括如下步驟(1)將殼聚糖粉末溶解在乙酸水溶液中，加熱至40-60°C使殼聚糖完全溶解，并加入PVA水溶液混合均勻，然后成滴加入到NaOH水溶液與無水乙醇的混合液中，反應(yīng)凝固成顆粒，在NaOH與無水乙醇的混合液中浸泡2-6h，抽濾，用蒸餾水充分洗滌至pH值為中性； 所述殼聚糖與乙酸的質(zhì)量體積比為Ig l_5ml ；殼聚糖與PVA的質(zhì)量比為100 1-5 ；NaOH 水溶液中NaOH濃度為l-4mOl/L;Na0H水溶液與無水乙醇的體積比為4-8 1 ；(2)將步驟(1)所得殼聚糖顆粒加入至質(zhì)量濃度為0. 0025-0. 05%的戊二醛水溶液中，室溫下置于搖床中交聯(lián)反應(yīng)10-60min后，用去離子水洗至中性，加入脂肪酶，殼聚糖顆粒與脂肪酶的質(zhì)量體積比為Ig 1_細(xì)1;置于搖床中振蕩l_4h后，傾倒出剩余的脂肪酶液，加入質(zhì)量濃度為0. 5-2%的EDC水溶液，室溫下置于搖床中活化反應(yīng)30-90min后，用去離子水洗至中性，加入脂肪酶，殼聚糖顆粒與脂肪酶的質(zhì)量體積比為Ig 1_細(xì)1;置于搖床中振蕩l_4h，用去離子水洗去殘留酶液，冷藏備用。為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，所述PVA水溶液的質(zhì)量濃度優(yōu)選為1-5%。所述戊二醛純度優(yōu)選為分析純。所述NaOH水溶液與無水乙醇的混合液的體積比優(yōu)選為4-6 1。一種處理造紙白水用顆粒狀載體固定化單酶，由上述方法制備。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)殼聚糖是一種從蝦蟹等甲殼類動物的外殼中提取出來的高分子化合物，是地球上除纖維素之外發(fā)現(xiàn)的最豐富的高分子聚合物，但利用殼聚糖固定化脂肪酶處理造紙白水還從未見報(bào)道，尤其是利用PVA改進(jìn)殼聚糖表面顆粒的結(jié)構(gòu)尚未見報(bào)道。本發(fā)明針對目前傳統(tǒng)白水處理技術(shù)的不足，利用廉價(jià)易得的殼聚糖固定化脂肪酶，在增強(qiáng)造紙白水樹脂沉積物去除效果的同時(shí)，還可大幅度降低工廠處理白水的成本。造紙白水經(jīng)過固定化脂肪酶處理后，膠體顆粒的平均粒徑從552 μ m降低到276 μ m,白水濁度從101NTU下降到80. 8NTU， 樹脂沉積物去除率可達(dá)到66. 8%。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的固定化脂肪酶的回用性能圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明方法作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。需要特別說明的是，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)包括但不限于本實(shí)施例所公開的技術(shù)內(nèi)容。實(shí)施例1(1)首先稱取5g殼聚糖粉末溶解在IOOmL 5%的乙酸溶液中，加熱至40°C使殼聚糖完全溶解，并加入5mL 1% PVA水溶液混合均勻，然后成滴加入到lmol/L NaOH水溶液與無水乙醇(體積比4 1)組成的混合液中，反應(yīng)凝固成顆粒，PVA的加入使得殼聚糖顆粒表面呈現(xiàn)多孔狀結(jié)構(gòu)，有利于生物酶的固定。在NaOH與無水乙醇的混合液中浸泡池，抽濾， 用蒸餾水充分洗滌至PH值為中性；(2)將步驟(1)所得5g殼聚糖顆粒加入至質(zhì)量濃度為0. 0025%的戊二醛水溶液中，室溫下置于搖床中交聯(lián)反應(yīng)IOmin后，用去離子水洗至中性，加入5ml脂肪酶液；置于搖床中振蕩Ih后，傾倒出剩余的脂肪酶液，加入質(zhì)量濃度為0. 5%的EDC水溶液，室溫下置于搖床中活化反應(yīng)30min后，用去離子水洗至中性，加入5ml脂肪酶液；置于搖床中振蕩lh， 用去離子水洗去殘留酶液，冷藏備用。實(shí)施例2(1)首先稱取5g殼聚糖粉末溶解在IOOmL 10%的乙酸溶液中，加熱至50°C使殼聚糖完全溶解，并加入5mL 2% PVA水溶液混合均勻，然后成滴加入到2mol/L NaOH水溶液與無水乙醇(體積比6 1)組成的混合液中，反應(yīng)凝固成顆粒，在NaOH與無水乙醇的混合液中浸泡4h，抽濾，用蒸餾水充分洗滌至pH值為中性；(2)將步驟(1)所得5g殼聚糖顆粒加入至質(zhì)量濃度為0. 005%的戊二醛水溶液中，室溫下置于搖床中交聯(lián)反應(yīng)30min后，用去離子水洗至中性，加入IOml脂肪酶液；置于搖床中振蕩池后，傾倒出剩余的脂肪酶液，加入質(zhì)量濃度為1 %的EDC水溶液，室溫下置于搖床中活化反應(yīng)60min后，用去離子水洗至中性，加入IOml脂肪酶液；置于搖床中振蕩2h， 用去離子水洗去殘留酶液，冷藏備用。實(shí)施例3(1)首先稱取5g殼聚糖粉末溶解在IOOmL 25%的乙酸溶液中，加熱至60°C使殼聚糖完全溶解，并加入5mL 5% PVA水溶液混合均勻，然后成滴加入到4mol/L NaOH水溶液與無水乙醇(體積比8 1)組成的混合液中，反應(yīng)凝固成顆粒，在NaOH與無水乙醇的混合液中浸泡他，抽濾，用蒸餾水充分洗滌至PH值為中性；(2)將步驟(1)所得5g殼聚糖顆粒加入至質(zhì)量濃度為0.05%的戊二醛水溶液中， 室溫下置于搖床中交聯(lián)反應(yīng)60min后，用去離子水洗至中性，加入20ml脂肪酶液；置于搖床中振蕩4h后，傾倒出剩余的脂肪酶液，加入質(zhì)量濃度為2%的EDC水溶液，室溫下置于搖床中活化反應(yīng)90min后，用去離子水洗至中性，加入20ml脂肪酶液；置于搖床中振蕩4h，用去離子水洗去殘留酶液，冷藏備用。性能測試1、對造紙白水中樹脂沉積物的處理效果對于以木材為原料的制漿造紙廠，特別在我國南方以馬尾松為主要原料生產(chǎn)新聞紙的紙廠來說，樹脂障礙問題一直是一大難題。許多研究表明，白水中的甘油三酸酯是制漿造紙過程中產(chǎn)生樹脂障礙的主要有害組分。由于甘油三酸酯是非極性組分，在白水循環(huán)回用過程中很容易依靠范德華力粘附在一些憎水性的設(shè)備表面上，從而形成大量的樹脂沉積物。利用實(shí)施例1制備的固定化脂肪酶處理白水樹脂沉積物，造紙白水為以馬尾松為主要原料生產(chǎn)新聞紙產(chǎn)生的造紙白水，結(jié)果如表1所示?？梢钥闯?，白水經(jīng)過固定化脂肪酶處理后，膠體顆粒的平均粒徑從552 μ m降低到276 μ m，白水濁度從101NTU下降到 80. 8NTU，樹脂沉積物去除率可達(dá)到66. 8%?？梢姡潭ɑ久笇τ诎姿畼渲练e物具有很好的去除效果，這主要是因?yàn)楣潭ɑ久缚墒拱姿械臉渲愇镔|(zhì)的酯鍵發(fā)生裂解作用，使其降解為小分子的脂肪酸等物質(zhì)。另外，固定化脂肪酶的改性殼聚糖顆粒載體本身也具有很強(qiáng)的吸附性能，尤其是經(jīng)過PVA處理后，殼聚糖顆粒載體表面呈現(xiàn)多孔狀結(jié)構(gòu)，有利于脂肪酶的固定，并對白水中的樹脂沉積物的吸附有一定的增強(qiáng)作用。表1固定化脂肪酶處理白水的效果
權(quán)利要求
1.一種處理造紙白水用顆粒狀載體固定化脂肪酶的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)將殼聚糖粉末溶解在乙酸水溶液中，加熱至40-60°C使殼聚糖完全溶解，并加入 PVA水溶液混合均勻，然后成滴加入到NaOH水溶液與無水乙醇的混合液中，反應(yīng)凝固成顆粒，在NaOH與無水乙醇的混合液中浸泡2-他，抽濾，用蒸餾水充分洗滌至pH值為中性；所述殼聚糖與乙酸的質(zhì)量體積比為Ig l_5ml ；殼聚糖與PVA的質(zhì)量比為100 1-5 ；NaOH 水溶液中NaOH濃度為l-4mol/L ；NaOH水溶液與無水乙醇的體積比為4-8:1;(2)將步驟(1)所得殼聚糖顆粒加入至質(zhì)量濃度為0.0025-0. 05%的戊二醛水溶液中， 室溫下置于搖床中交聯(lián)反應(yīng)10-60min后，用去離子水洗至中性，加入脂肪酶，殼聚糖顆粒與脂肪酶的質(zhì)量體積比為Ig 1_細(xì)1 ；置于搖床中振蕩l_4h后，傾倒出剩余的脂肪酶液， 加入質(zhì)量濃度為0. 5-2%的EDC水溶液，室溫下置于搖床中活化反應(yīng)30-90min后，用去離子水洗至中性，加入脂肪酶，殼聚糖顆粒與脂肪酶的質(zhì)量體積比為Ig 1_細(xì)1;置于搖床中振蕩l_4h，用去離子水洗去殘留酶液，冷藏備用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理造紙白水用顆粒狀載體固定化脂肪酶的制備方法，其特征在于所述PVA水溶液的質(zhì)量濃度為1-5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理造紙白水用顆粒狀載體固定化脂肪酶的制備方法，其特征在于所述戊二醛純度為分析純。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理造紙白水用顆粒狀載體固定化脂肪酶的制備方法，其特征在于所述NaOH水溶液與無水乙醇的混合液的體積比為4-6 1。
5.一種處理造紙白水用顆粒狀載體固定化脂肪酶，其特征在于由權(quán)利要求1所述方法制備。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種處理造紙白水用顆粒狀載體固定化脂肪酶及其制備方法。該方法將殼聚糖粉末溶解在乙酸水溶液中，使殼聚糖完全溶解，并加入PVA水溶液混合均勻，然后成滴加入到NaOH水溶液與無水乙醇的混合液中，反應(yīng)凝固成顆粒，將所得殼聚糖顆粒加入至質(zhì)量濃度為0.0025-0.05％的戊二醛水溶液中，置于搖床中交聯(lián)反應(yīng)，用去離子水洗至中性，加入脂肪酶。本發(fā)明利用PVA改進(jìn)殼聚糖顆粒表面的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而利用PVA改性殼聚糖顆粒固定化脂肪酶，利用這種固定化脂肪酶既可增強(qiáng)造紙白水樹脂沉積物的去除效果，還可大幅度降低工廠處理白水的成本。
文檔編號C12N11/10GK102174504SQ20111000869
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者何北海, 劉凱, 趙光磊 申請人:華南理工大學(xué)