近年来, 新兴的生物技术, 主要包括基因工程、生物工程、发酵工程和酶工程。由于造纸工业的基本原料是生物体(植物) , 化学制浆方法基本上是对生物体的化学反应过程, 它的环境污染物又主要是从生物体降解的有机物, 这是造纸工业可以充分运用生物技术的重要依据。
1、基因重组技术改良造纸原料
基因重组技术是将基因重新组合, 然后将基因转化或转移到细胞中进行复制和表达的技术,是改良生物性状的有力手段。基因改良造纸原料的目的: 减少造纸原料中的木素含量, 尽可能增加纤维素的含量,以提高造纸原料的利用率,缩短树木成材的年限。另外, 英国的Zencea 公司、比利时的Elserive科学公司以及法国的生物细胞研究中心都成功的利用转基因工程研制出了更加适合制浆造纸的造纸原料。
2、生物制浆
生物法制浆是利用微生物(主要是白腐菌) 或其制品(酶), 对植物纤维原料预处理, 以生物途径代替化学途径或部分化学途径, 然后进行机械、化学机械或化学法处理, 使植物纤维原料分离成纸浆。
生物预处理可以显著地降低磨浆能耗, 改善浆的性能。
生物方法预处理木片一般都采用白腐菌等, 这些菌种可以产生木素过氧化物酶、二价过氧化酶和漆酶,预处理木片的主要影响因素是菌种种类、酶用量、pH 值、温度和浓度、原料材种等。
3、生物漂白
生物酶促漂白技术, 主要是利用半纤维素酶部分酶解纤维细胞中的半纤维素, 使木素更容易与漂剂反应而溶出, 从而提高漂后浆的白度,减少漂剂的用量。半纤维素酶有助于硫酸盐纸浆的漂白, 可以实现经济的生物技术应用于纸浆的漂白, 其基本原理是根据半纤维素酶(木聚糖酶和甘露糖酶) 能引起纸浆中碳水化合物结构的改性而提高脱木素作用。这种酶能使纸浆中部分半纤维素解聚,促进漂白化学药品从纸浆中除去残留木素。
4、废纸生物脱墨
生物酶新闻纸脱墨剂的脱墨机理目前尚不太清楚。大多研究者比较认可的是:可能是生物酶能选择性地优先作用于纤维之间的交界面。使油墨与纤维之间的连接松动, 在适度的机械作用下,把油墨从纤维表面脱离下来。生物酶脱墨剂是一种高效复合酶制剂, 生物酶脱墨具有以下优点:(1)能适应任何油墨,油墨与纤维分离彻底,脱墨浆白度高, 尘埃少;(2)纤维得率高;(3)可降低氢氧化钠、硅酸钠、双氧水等化学药品的用量;(4)脱墨废水负荷远低于化学脱墨, 有利于环境保护。
5、生物处理制浆工业废水
应用生物技术处理制浆工业废水, 可以是废水脱色、脱臭、解毒以及除去废水中有机物BOD,效果很明显。生物处理制浆工业废水有好氧处理(如曝气法、活性污泥法、生物转盘法等)与厌氧处理。厌氧处理制浆废水可产生甲烷, 回收能量。
6、酶处理改善浆料的性能
近年来, 广大研究者致力于利用酶改善纤维性能、提高纸浆的滤水性能和纸浆强度的研究。传统方法是利用纤维素酶和半纤维素酶来对纤维进行改性。但是,经过改性后的纸浆的滤水性能有所下降。最近,利用木素降解酶中的漆酶对纤维进行改性, 以提高纸浆强度已广为关注。
据国外报道, 用漆酶介体体系来改善未漂硫酸盐浆的性能, 结果发现,纸浆的湿强度有显著地提高。汤镇江等用漆酶处理磨石磨木浆, 发现纸张强度及增干强度效果明显。GatenhplmP等发现,漆酶与纤维表面的酸基进行接枝作用可以改善纸浆强度和润胀性能。
7、树脂生物控制
树脂障碍一直是困扰新闻纸生产的一大难题。植物纤维原料中的树脂成分是一些溶于中性有机溶剂的憎水性物质, 而在造纸的过程中,这些憎水性的物质会以多种形式在设备表面沉积。从而造成断纸、停机和纸质下降等问题。
由于真菌Ophiosestoma piliferum 不产生木素降解酶和纤维素酶, 可以专一去除纸浆中的树脂。文献报道,向纸机槽中加入250～500mg/L 甘油三脂水解酶(由Aspergillus oryzae分离出来) 发现大部分甘油三脂水解(pH值4～7, 40～60℃), 致使树脂障碍减少。
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