（制浆造纸工程专业论文）废纸脱墨浆中过氧化氢酶的初步研究.pdf

废纸脱墨浆中过氧化氢酶的初步研究 摘要 我国近年来纸产量急剧增长，2 0 0 5 年我国纸和纸板的总产量达到5 6 0 0 万t ，人均消费量为4 5k g ，纸浆生产量为4 4 4 6 万t ，其中废纸浆占到国内 纸浆总产量的6 4 。大规模的使用废纸，缓解了我国造纸原料紧缺的矛盾， 同时也减轻了蒸煮废液对环境的污染压力，具有较高的环境利用价值。目 前以废纸为原料来生产再生纸的品种主要集中在板纸、新闻纸、瓦楞原纸、 卫生纸等领域，但是对白度要求较高的纸种用量较少，主要是白度难以提 高和脱墨效果不好等原因造成。 本论文以工厂实际情况为基础，针对废纸脱墨系统中微生物产生的过 氧化氢酶分解过氧化氢的问题展开研究。主要研究了不同温度、p h 值和金 属离子对过氧化氢酶活性的影响程度以及过氧化氢酶在废纸碎浆、脱墨过 程中对纸浆白度的影响情况。 首先对紫外分光光度计法和碘量法两种不同测定过氧化氢酶活性方法 进行比较，根据实验结果以及结合本实验室的可操作性，最后选定了传统 的碘量法测定过氧化氢酶活性。由于过氧化氢酶分解过氧化氢后产生氧气 和水，氧气可在水中形成气泡上浮，根据此现象对碎浆和浮选滤液中的过 氧化氢酶进行了定性判定。结果表明：离心机达到4 5 0 0 r m i n 后过氧化氢酶 开始大量从细胞内被分离出来，滤液中开始出现大量的氧气泡。为了进一 步证明滤液中过氧化氢酶对过氧化氢的分解程度，对不同离心速度下滤液 中分解过氧化氢的量进行测定，结果表明：过氧化氢酶不但存在而且活性 较强。 其次研究了温度范围在1 7 7 5 、p h 值3 5 1 3 范围内过氧化氢酶 活性的变化情况。结果表明：过氧化氢酶有较强的温度和酸碱适应范围， 其中在废纸碎浆和浮选的最佳温度和p h 范围内( 温度5 0 。c 6 0 c 、p h8 5 1 1 ) ，过氧化氢酶活性较大。随着碎浆和浮选过程的不断进行，其加入的过 氧化氢浓度会逐渐降低，对废纸制浆极为不利。废纸碎浆时，加入的大部 分水为回用白水，只有少量水为补充的新鲜水，这些加入的水中不同程度 的含有各种金属离子，而大多数的金属离子对各类型的酶活性有激活作用， 因此，对n a + 、m 9 2 + 、f e 3 + 、c a 2 + 等水中常见离子对过氧化氢酶活性影响做 了较为详细的研究。实验结果表明：c u 2 + 、b a 2 + 、k + 和c a 2 + 对酶活性有抑制 作用，而m n 2 + 、f e ”则对酶活性有促进作用，a l ”和m 矿+ 较为特殊，根据 离子浓度的差别，既对过氧化氢酶有抑制作用也有促进作用。n a + 对过氧化氢 酶既没有激活作用也没有抑制作用。 最后研究了过氧化氢酶对废纸碎浆和浮选时白度的影响。实验结果表 明：废纸碎浆和浮选时存在过氧化氢酶，纸浆白度都有很大程度的下降， 最高只能达到4 5 4 ，和不含过氧化氢酶的浆料相比，下降了9 5 。因此， 过氧化氢酶在碎浆和浮选中存在会大大影响了纸浆白度，危害较大。 关键词：废纸脱墨，过氧化氢酶，脱墨浆，碎浆浮选，金属离子 s t u d yo fca t a i a s ed 叮w a s t e rp a p e r d e i n k i i n gp u l p a b s t r a c t p a p e ro u t p u to f o u rc o u n t r yi n c r e a s e sr a p i d l yi nr e c e n ty e a r s t h ep a p e ra n d t h ec a r d b o a r do f o u rc o u n t r yg r o s sp r o d u c tr e a c h5 6m i l l i o nt o n si n2 0 0 5a n dt h e c o n s u m p t i o np e rp e r s o nr e a c h e dt o4 5 k g t h ep u l pp r o d u c tr e a c h e s4 4 4 6m i l l i o n t o n s ，a m o n gw h i c hw a s t e p a p e rp u l pa c c o u n t sf o r6 4 o fd o m e s t i c a l l yt o t a l g r o s sp r o d u c to fp u l p u s i n gw a s t e p a p e rt om a k ep a p e ri nl a r g es c a l ea s s u a g e r s t h ec o n t r a d i c t i o no fr a wm a t e r i a ls h o r t - s u p p l y i n g ，a n dl i g h t e l l se n v i r o n m e n t c o n t a m i n a t i n gp r e s s u r em a d eb yc o o k i n gw a s t e w a t e r i ti sp r e t t yv a l u a b l ef o r e n v i r o n m e n t a lu t i l i z a t i o n n o w a d a y sb r e e d so fp a p e rm a d eb yw a s t ep a p e ra r e m a i n l yu s e di nt h e a r e a so fb o a r d p a p e r , n e w s p r i n t ，c o r r u g a t e dp l a i np a p e r , t o i l e t p a p e r , b a r e l yu s e di nb r e e d sw h i c ha r eh i g h l yb l e a c h e d ，m a i n l yb e c a u s e b r i g h t n e s si sd i f f i c u l tt oe n h a n c ea n dd e i n k i n ge f f e c ti sn o tg o o d t h et h e s i st a k e sf a c t o r yr e a l i t ya sb a s i sa n dr e s e a r c h e st h ep r o b l e m s p e c i f i c a l l yf o rt h ec a t a l a s em a d eb ym i c r o o r g a n i s mp r o d u c e si nd e i n k i n g s y s t e md e c o m p o s e s i n f l u e n c ed e g r e eo fd i v e r s et e m p e r a t u r e ，p hv a l u ea n d m e t a li o nt ot h ea c t i v i t yo fc a t a l a s ea n di n f l u e n c ec o n d i t i o no fc a t a l a s et op u l p b r i g h t n e s si nt h ep r o c e s so fw a s t ep a p e rr e p u l p i n ga n dd e i n k i n gw e r es t u d i e d f i r s t , t w om e t h o d so fd i f f e r e n t m e a s u r e m e n t s ，s p e c t r o h p o t o m a t e r m e n s u r a t i o na n di o d i n em e n s u r a t i o na b o u tc a t a l a s ea c t i v i t yw e r ec o m p a r e d , a n d a c c o r d i n g t o e x p e r i m e n tr e s u l t s a n dc o m b i n i n gt h el a bm a n e u v e r a b i l i t y , t r a d i t i o n a li o d i n em e n s u r a t i o nw a sc h o s et om e a s u r ec a t a l a s ea c t i v i t y b e c a u s e a f t e rd e c o m p o s i n gh y d r o g e np e r o x i d e ，c a t a l a s ea c t i v i t yp r o d u c e dw a t e ra n d o x y g e nw h i c hf o r m e da i rb u b b l e sa n du p f l o a t e d ，c a t a l a s ew a sd e t e r m i n e dt h e n a t u r ei nr e p u l p i n ga n df l o t a t i o nf i l t r a t e t h er e s u l ts h o w s ：t h ec a t a l a s eb e g i n s t ob es e p a r a t e df o rc e l l sm a s s l yw h e nc e n t r i f u g em a c h i n er e a c h e s4 5 0 0r m i n a n dm a s so x y g e nb u b b l e sa p p e a r 。a c c o r d i n gt ot e s t i f yd e c o m p o s i n gd e g r e eo f c a t a l a s et oh y d r o g e np e r o x i d eg r a d u a l l y , t h ev o l u m eo fh y d r o g e np e r o x i d e i l l d e c o m p o s e db yc a t a l a s ei nt h ef i l t r a t eu n d e rd i f f e r e n tc e n t r i f u g es p e e dw a s m e a s u r e d ，a n dt h er e s u l ts h o w sc a t a l a s ei sn o to n l ye x i s t e n t , b u ta l s oh i g h l y a c t i v e s e c o n d l y , c h a n g i n gc o n d i t i o no fc a t a l a s eu n d e rc o n d i t i o n so ft e m p e r a t u r e r a n g e ：1 7 - 7 5 c ，p hv a l u e ：3 5 - 。1 3 0w a sr e s e a r c h e d t h er e s u l ts h o w s ： c a t a l a s ea d a p t sw i d er a n g eo ft e m p e r a t u r ea n dp hv a l u e a n dc a t a l a s ea c t i v i t yi s c o m p a r a t i v e l yh i 曲i no p t i m a lc o n d i t i o n s ：( t e m p e r a t u r e ：5 0 c 6 0 c 、p h8 5 11 o ) i nt h ep r o c e s so fw a s t ep a p e rr e p u l p i n ga n df l o t a t i o n c a r r y i n go nt h e r e p u l p i n ga n df l o t a t i o np r o c e s s ，t h ec o n c e n t r a t i o no fa d d e dh y d r o g e np e r o x i d e w o u l dg r a d u a l l yd e c r e a s e ，w h i c hi sh a r m f u lt ow a s t ep a p e rr e p u l p i n g w h e n w a s t ep a p e rr e p u l p i n g ，m o s ta d d e dw a t e rw a sf e t u l mw h i t ew a t e r , a n d c o m p l e m e n t a r y f r e s hw a t e rw a sal i t t l e t h e s ea d d e dw a t e rc o n t a i nv a r i o u sm e t a l i o n sm o r eo rl e s s ，m o s to fw h i c hc a na c t i v a t ev a r i o u se n z y m ea c t i v i t y t h e r e f o r e ， i n f l u e n c eo fs u c hc o m m o nm e t a li o n sa sn a + ，m 9 2 + ，f e 3 + ，c a 2 + w a sr e s e a r c h e d d e t a i l e d 1 1 1 ee x p e r i m e n tr e s u l ts h o w s ：c u 2 + a d + ，k + a n dc a 2 + c a ni n h i b i t c a t a l a s ea c t i v i t y , n e v e r t h e l e s s ，m n ”，f e ”c a np r o m o t ec a t a l a s ea c t i v i t y , a n d a 1 3 + a n dm 9 2 + a r ec o m p a r a t i v e l yp e c u l i a r , t h e yc a ne i t h e ri n h i b i to rp r o m o t e c a t a l a s ea c t i v i t y , d e p e n d i n go nt h ec o n c e n t r a t i o n n a 十w a sn o t h i n gt oc a t a l a s e a c t i v i t y f i n a l l y , i n f l u e n c eo fb r i g h t n e s sm a d eb yc a t a l a s ei nt h ep r o c e s so fw a s t e p a p e rr e p u l p i n ga n df l o t a t i o nw a sr e s e a r c h e d t h ee x p e r i m e n ts h o w s ：w h e n c a t a l a s ee x i s t si nt h ep r o c e s so fw a s t ep a p e rr e p u l p i n ga n df l o t a t i o n , p u l p b r i g h t n e s sd e c r e a s e sh e a v i l y ：t h em a x i m a ld e g r e eo n l yr e a c h i n g4 5 4 w h i c h d e c l i n e s9 5 c o m p a r i n gw i t ht h e p u l pw h i c h i i on o tc o n t a i nc a t a l a s e t h e r e f o r e ，t h ee x i s t e n c eo f c a t a l a s ei nt h ep r o c e s so f r e p u l p i n ga n df l o t a t i o nc a n a f f e c tp u l pb r i g h t n e s sb a d l y , a n dd a m a g eg r e a t l y k e y w o r d s ：d e i n k i n g ，c a t a l a s e ，d e i n k i n gp u l p ，r e p u l p i n ga n df l o t a t i o n , m e t a li o n i v 陕西科技大学硕士学位论文 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 日期：2 1 q 7 敏旦 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守 论文作者签名： 废纸脱墨浆中过氧化氢酶的初步研究 1 绪论 1 1 废纸回收概述 1 1 1 造纸工业所面临的问题 近几年我国造纸工业发展迅猛，无论从规模还是技术都得到了前所未有的成就，这 主要是由于人均生活水平的日益提高造成的。建国初期直到上个世纪末我们主要以草浆 为原料的战略发展思想，但是经历了近两代人的研究，实践证明以草浆为原料对整个造 纸工业的发展有巨大的阻碍作用，特别是在水污染的问题上很难解决，因此我们转向了 以“草木并举”为原料的发展思想。可是由于我国木材资源的极度匮乏，在短时期内很 难支撑造纸工业对木材的需求以及在短时期内难以解决人们日益对各种纸张及纸制品的 需求，所以开始采用回收废纸作为造纸原料得以利用【“2 1 。 造纸工业是我国国民经济的支柱产业之一，纸浆、纸和纸板是包装工业、信息传递、 化学工业及其他工业和农业的重要原材料。全球化信息革命不仅没有使纸张消费量减少， 反而刺激了纸品的消费，只是所需品种不同而已，如信息用纸明显增加。2 0 0 5 年我国纸 和纸板生产企业约为3 6 0 0 家，全国纸和纸板的生产量总量为5 6 0 0 万t ，比2 0 0 4 年4 9 5 0 万t 增长1 3 3 ，全国消费总量5 9 3 0 万t ，比2 0 0 4 年5 4 3 9 万t 增长9 0 3 ，人均消 费量为4 5k g ，比2 0 0 4 年增加3l q g 。图1 - 1 所示2 0 0 0 年2 0 0 5 年全国纸和纸板的生产 及消费总量p “。 7 0 0 0 6 0 0 0 5 0 0 0 。4 0 0 0 k 3 0 0 0 2 0 0 0 1 0 0 0 0 2 0 0 0 年2 0 0 1 年 2 0 0 2 年2 0 0 3 年 2 0 0 4 年 2 0 0 5 年 图1 - 12 0 0 0 年一2 0 0 5 年我国纸及纸板生产和消费 f i g 1 - 1p r o d u c t i o na n dc o n s u m p t i o no f p a p e ra n d p a p e r b o a r di nc h i n af r o m2 0 0 0t o2 0 0 5 陕西科技大学硕士学位论文 从图1 - 1 中可以明显看出，近5 年我国纸及纸板总体呈现上升趋势，且增长幅度较 大。纸及纸板消费量总体大于生产量，说明目前纸和纸板的产总量远远不能满足市场需 求，与此同时带来的原料紧缺问题也较为突出。由于我国森林覆盖率远远低于世界平均 水平，木材的采伐是受到国家的严格限制，因此我国自己生产的木浆远远不能满足市场 的需求，大量的依靠从加拿大、美国、芬兰等国的进1 3 木浆，这样以来整个造纸行业的 生产规模和收入就要受到国外木浆市场波动的影响，加之运输费用的逐年攀升，以木浆 为原料的纸种其生产利润就会很大的影响。 从环境角度来考虑，众所周知，造纸行业是一个传统的水、电、煤的消耗大户，更 重要的是污染大户，主要污染来自于制浆黑液的污染。根据中国环保总局统计：1 9 9 8 年 度造纸废水排放量为3 1 5 亿t ，占全国工业总排放量的1 6 ，其中达标排放仅8 1 亿t ： 废水中c o d ( c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ) 3 6 9 万t ，占全国工业总排放量的4 6 ；到2 0 0 3 年的时候，造纸废水排放总量为3 1 8 亿t ，占全国重点统计企业总排放量的1 8 4 ，其 中达标排放为2 7 3 亿t ，达标率8 5 9 ，c o d 排放量1 5 2 6 万t ，占全国工业废水污染排 放量的2 9 8 。相比之下，污染得到了一定的治理，这与新技术的采用和近年随着环境 整治力度的加大有很大的关系。虽然造纸工业采取了一些治理措旌，但是还是有大量的 c o d 排放，但是污染程度依然较为严峻【“引。废水污染防治已成为我国制浆造纸企业能 否继续生存最紧迫的问题，而西方发达国家的大部分造纸企业已经初步实现了“零排放”。 造纸环境问题短时间内难以解决的主要原因与我国造纸原料长时间结构不合理有很 大关系。2 0 0 1 年木浆占原料总量的2 3 ，而到2 0 0 5 年木浆占原料总量只有8 ，比率 有一定程度的下降，这主要是由于造纸总量比前几年有很大幅度的增加。与此同时，2 0 0 5 年世界造纸工业木浆用量占原料总量比率的9 4 以上，和世界相比差距较大。合理利用 各种植物纤维原料是我国解决造纸工业原料问题的关键。除了走“草木并举，林纸结合” 的道路外，重点还需大力加强以废纸为造纸原料的造纸产业化。 1 1 2 可持续发展与废纸回收 可持续发展是1 9 8 7 年由世界环境与发展委员会正式提出的，是既满足当代人的需求 又不危及后代人满足其需求的一种发展模式。包括生态持续，经济持续、社会持续，生 态持续是基础，经济持续是条件，社会持续是目的。 实践证明：采用先污染后治理的方式来改善环境是很难行通的发展模式。于是便提 出了清洁生产的概念，公认为是工业经济实施可持续发展的正确途径。清洁生产不仅意 味着在生产过程中尽量采用低毒无害的原材料，尽量少排放或者不排放污染物，而且还 意味着产品对环境的不良影响最小。将人类的废弃物减量化、无害化、资源化，成为可 持续发展的主要目标。 废纸原料的回收和利用正好符合可持续发展的战略要求。利用废纸原料替代原生纤 2 废纸脱墨浆中过氧化氢酶的初步研究 维原料造纸，不仅可以大量节约木材、竹子和草类原料，而且可以大幅度降低能耗约3 0 4 0 ，节约清水用量4 0 5 0 ，具有良好的环境保效益和经济效益。充分回收利 用废纸造纸，是造纸业推行循环经济的一个重要内容，愈来愈受到人们的重视。据权威 人士估计：到2 0 1 0 年全球造纸用纤维原料中废纸浆消耗量将上升到5 0 左右，与原生 浆用量基本持平。 在实际的生产应用中，每回收利用一吨废纸，相当于节约2 m 3 的木材、1 2 t 的煤炭、 6 0 0 度的电和1 0 0 m 3 左右的水【9 】。与常规的化学法制浆过程相比较，废纸制浆排放的废 水量和污染负荷较少，废水处理也较容易操作，成本降低幅度也较大。当然，废纸回用 本身也存在清洁生产的问题，必须采用一些可持续发展和能耗低的技术开发废纸脱墨 与漂白的清洁工艺，实现废物的“零排放”。废纸回收利用不但可以节约植物资源和能源， 也解决了废纸累积造成的环境污染问题，实现经济发展与环境保护的对立统一，是造纸 工业持续发展的有效途径之一。 1 1 3 废纸回收现状 废纸回收纤维已成为制浆造纸的主要原料之一，为了提高废纸的回收率，欧、美等 国家以法律手段约束企业必须使用一定数量的废纸原料。近十多年来，废纸处理技术不 断改进和完善，废纸的回收率和利用率逐年增长【10 1 。表1 1 是近5 年国内废纸回收率和 利用率的统计表。 表1 - 1 国内近5 年废纸回收率与利用率 t a b 1 - 1r e c l a i m i n go f d o m e s t i ca n du s i n gf a t ei nr e c e n tf i v ey e a r s 陕西科技大学硕士学位论文 从表1 1 中可以看出，从2 0 0 0 年开始到2 0 0 5 年，纸和纸板的生产总量急剧增加， 其增加率为8 3 6 0 ；纸和纸板的消费总量也相应再增加，增加的幅度为6 5 8 7 ，两 者相比消费量增加率小于生产增加率，但消费总量是大于生产总量的，也就是说，我国 每年还需要从国外进口一定数量的品纸，这其中包括我国自己无法生产的部分特种纸和 部分国内产量不能满足市场要求的纸种，如：芳纶纤维纸、卷烟纸等。 废纸回收量从2 0 0 0 年的1 0 5 4 万t 猛增到2 0 0 5 年的1 8 8 1 万t ，增加幅度较大，其增 加率为7 8 6 4 。说明我国在大量利用国外废纸资源外，也注重本国废纸资源的开发和利 用，这对提高我国废纸资源的利用有很重要的战略意义。这些废纸如果不能及时的被回 收利用掉，那么将会对环境造成一定程度的危害，因此可见废纸回收利用“有百利而无 一害”。虽然我国目前废纸回收总量较大，但是与国外相比废纸回收率仍然较低。从2 0 0 0 年2 0 0 5 年这5 年内增加量只有3 3 ，几乎没有大的变化，因此每年有将近7 0 左右的 废纸被大量的浪费掉。 2 0 0 5 年我国废纸总的消耗量为2 8 4 5 万t ，比2 0 0 0 年增加1 5 3 5 l ，突破了百分之百 的大关，是我国少数行业中增长率突破百分之百的行业之一。造成该现象的主要原因是： 近几年我国包装、印刷行业飞速发展，导致对纸板和新闻纸需求的急剧增加，大部分的 纸板和新闻纸以废纸为原料，如：灰底白板、白板纸、瓦楞原纸、箱板纸等。废纸进口 量从2 0 0 0 年的3 7 1 万t 猛增到2 0 0 5 年的1 0 7 3 万t ，其中7 0 8 0 主要来自于美国， 其余的还有加拿大、日本、欧洲以及我国的香港、澳门、台湾等地区，这些国家和地区 的废纸回收率较高。与其它工业比较，2 0 0 0 年2 0 0 5 年废纸进口增加率为3 5 9 0 2 ，说 明目前我国废纸使用市场仍然具有相当大的潜力可以开发。 1 1 4 废纸回收的实际意义 随着人们对环境保护意识的提高，以及保持生态的平衡和经济、社会可持续发展的 要求，废纸回收利用的重要性日益提高。利用废纸为原料造纸可以减少对原生纤维浆的 使用，进而减少木材资源的消耗，因此废纸的回收利用已经普遍得到世界各国政府和制 浆造纸业人士的极大重视，使得废纸的用量、废纸回收利用率不断的提高。 废纸回收及其利用率的增长，主要依靠废纸处理技术的不断发展和改进，其中最为 核心的是废纸脱墨技术。废纸回收利用不仅可以减少木材的砍伐，保护森林资源，而且 可以“节能、降耗、减污、增效”，提高废纸的回收利用率是我国造纸工业实现可持续发 展的重要措施之一。在废纸回收过程中，尽量采用无废或低废方案预防污染，降低对环 境的污染负荷，减轻污染治理的难度，最终使废纸回用本身实现清洁生产。 我国作为一个木材资源绝对匮乏的国家之一，应该大力提倡对废纸资源的良好利用。 除了大量使用废纸进行再制浆外，最重要的还应该提高我国自身的废纸回收率。虽然我 国目前废纸利用总量较大，但是至少有一半以上的废纸是依靠进口。只有绝大部分的废 4 废纸脱墨浆中过氧化氯酶的初步研究 纸被回收利用掉，才能保证减少废纸变成垃圾污染环境。废纸回收不但具有经济客观的 现实意义，而且具有长远的可持续发展性。 1 2 过氧化氢酶概述 1 2 1 过氧化氢酶 过氧化氢酶( c a t a l a s e ) 以过氧化氢为专一底物，通过催化一对电子的转移而晟终将其 快速降解为水和氧气，其化学反应方程为：2 h 2 0 2 2 h 2 0 + 0 2 。因为所有的好氧生物在进 行氧代谢时均会产生有害的氧自由基，这其中就包括过氧化氢( h 2 0 2 ) ，因此，过氧化氢 酶是生物抗氧化体系中的重要成员酶，对生物体起保护机体内正常的活性氧水平。过氧 化氢酶3 d 分子模型】如图1 2 所示。 图1 - 2 过氧化氢酶3 d 模型 f i g 1 - 2c a t a l a s e3 dm o d e l 我们知道，学术界对过氧化氢酶的研究历史比任何其他酶类都要悠久： 1 9 世纪初， t h e n a r d 在1 8 1 1 年首次发现了过氧化氢可以被动物组织、植物组织分解后产生氧气【1 别； s h o n b e i n 在1 8 6 3 年提出了过氧化氢被分解为氧气是由于某种酶在起作用【l 川；1 9 0 1 年， l o w e 将该酶命名为过氧化氢酶( h y d r o g e np e r o x i d a s e ) ，又称为触酶( c a t a l a s e ，简称c a t ) ， 同年发表了第一篇有关该酶生化特性的文献，随后即逐步揭开了该酶的催化作用机制 1 1 4 】；直到1 9 3 7 年，s u m m e r 和d o u n c e 获得了牛肝过氧化氢酶的结晶体”习；1 9 6 9 年，牛 肝过氧化氢酶的氨基酸测序工作完成【怕】；1 9 8 1 年，同样是该酶的晶体结构得到了确定。 随后大量的研究发现过氧化氢酶广泛存在于动物、植物和各种微生物体内，动物肝脏、 血红细胞、植物叶绿体以及细菌、真菌、放线菌等中含有大量的过氧化氢酶。迄今为止 过氧化氢酶己经成为农业以及与之相关的食品、乳制品业、纸浆造纸工业和农业环保产 业中有应用价值的酶之一。 堕要型茎查兰堡圭兰堡丝兰 m m o f t m c t i o m lc 吐d 幔c 吐山脚阿晒d 埘m 厶c 吐| l 啊 s o m r c e i c h e 曲- n 缸f 咀醇 f 出哺b “耐 m 亭 b e c t e s l a , m h 啪 p i m 血d - 8 吐删血铀mi t - 6 9k d i 6 0 - 8 5k d - 3 3 - 3 4 k d t l m g em 妇i n i t 7 j 8 4k d t m u l t i m * fh 吼曩酏m - h o m o d h w h 砸珊由m _ h 血o t a k h 翻n o k 蛳盯 p m - 矗cf o t l ph蛐hint l 血 c a e l y h c p hp m 如山砌。憎b r e e dl i h 呻叩耐t 弛- p l i fp郇由mm c - , e j 舛ct p h 蚰l e s s _ _ i 嘶 m 0 1 1j s r e k i咖l o w ( 学m 伯n y s 】( 【i 】为抑制剂浓度， s 】底物浓度) 时，抑制 作用强：当 s 】 阿时，s 可以把i 从酶的活性中心置换出来，从而使酶抑制作用被解 除，表现为抑制作用弱。( 2 ) 非竞争性抑制。抑制剂和底物结构并不相似，也不与底物抢 占酶的活性中心，而是通过与活性中心以外的必须基团结合来抑制酶的活性( 如图 废纸脱墨浆中过氧化氢酶的初步研究 3 - 2 9 a 、c ) 。第二种是不可逆性抑制。抑制剂与酶共价结合，不能用透析、超滤等简单 物理方法解除抑制来恢复酶的活性，因此是不可逆的，必须用特殊的化学方法才能解除 抑制。 一 a b 图3 - 2 9 竞争性抑制与非竞争性抑制 f i g 3 - 2 9i n h i b i t i t i o no f r i v a l r o u a n e a n di n r i v a l r o u s n e s s 3 5 2 不同金属离下过氧化氢酶活性的变化情况 在碎浆和浮选过程中采用的回用白水或补加的新鲜清水中，难免会含有不同浓度不 同类型的金属离子，这些金属离子均以可溶性盐的形式存在，受外界温度和p h 值的影 响变化较小，它们会随着废纸脱墨封闭循环系统而不断富集，在一段时间后其离子浓度 可以达到某一特定的值，因此可能会对废纸脱墨系统中所含有的微生物产生的过氧化氢 酶活性造成一定的影响。为了搞清楚该因素影响程度，对不同金属离子做了研究。本试 验考虑到废纸一般和我们周围环境的变化比较紧密，选择了温度在2 5 c 、p h = 7 0 条件 下测定，在脱墨浆体系中，最佳浮选温度和p h 值分别为5 5 、1 0 5 ，因此对两个条件 下不同金属离子对过氧化氢酶活性进行了测定。 3 5 2 1c u 2 + 对过氧化氢酶活性的影响 从图3 3 0 中可以看出，二价铜离子对过氧化氢酶活性总体影响不大。当温度为2 5 、p h 值为7 0 、铜离子浓度达到5 x 1 0 5m o l l 的时候，此时过氧化氢酶活性达到最大 值为4 5 6 1n a g g - r a i n ，随着金属离子浓度的增加或者降低，过氧化氢酶活性都有不同程 度的下降，但总体下降的幅度不是太大。当二价铜离子浓度超过1 2 5 1 0 4 m o l l 以后， 过氧化氢酶活性基本稳定在3 0 0 0 m g g r a i n 左右。可以说明：二价铜离子浓度的大小对 过氧化氢酶活性有一定的抑制作用，但是抑制效果较小，被抑制后的酶活性仍然可以对 过氧化氢造成很大程度的分解作用。 为了进一步研究二价铜离子在废纸碎浆、浮选条件下对过氧化氢酶活性的影响程度， 测定了在温度5 5 、p n 值l o 5 时过氧化氢酶的活性。不难发现：随着二价铜离子浓度 的不断增加，过氧化氢酶活性基本稳定在1 0 0 0n a g ，g m i n 左右，与溶液中不含铜离子( 图 3 - 2 7 ) 相比较，过氧化氢酶活性下降了将近2 5 左右，下降幅度不是太大，此条件下过 陕西科技大学硕士学位论文 氧化氢酶活性总的趋势没有任何大幅度的增加或减小波动。可以说明：二价铜离子在该 条件下对过氧化氢酶活性仍然有一定程度的抑制作用。综合两个温度点过氧化氢酶活性 的变化情况可以判断，二价铜离子对于过氧化氢酶是一种抑制剂。如果在碎浆和浮选过 程中，回用白水和补加的新鲜清水中含有一定量的二价铜离子，可以对过氧化氢酶活性 造成一定程度的抑制作用，有利于废纸脱墨工艺的进行。 图3 - 3 0c u 2 + 对过氧化氢酶活性的影响 f i g 3 - 3 0i n f l u e n c eo f c u 2 + t oc a t a d a s e 3 s 2 2m n 2 + 对过氧化氢酶活性的影响 从图3 3 l 中可以看出，二价锰离子对过氧化氢酶活性影响较大。温度在2 5 c 和p h 值为7 0 的条件下，随着二价锰离子浓度的增大，过氧化氢酶活性变化趋势较为崎岖。 当二价锰离子浓度增大到1 o x l 0 4 m o l l 时，过氧化氢酶活性突然开始增大，最大可以增 加到6 9 3 6 m g g m i l l ，与溶液中不含锰离子( 图3 2 5 ) 相比较，过氧化氢酶活性增加幅 度较大。当离子浓度继续增加到1 7 5 x 1 0 4 m o l l 时，过氧化氢酶活性又开始突然降低， 基本稳定于3 2 0 0 m g g m i l l 左右。可以说明：二价锰离子对过氧化氢酶活性有激活作用， 但是只有当离子浓度达到某一浓度后才能起到激活效果，一般锰离子浓度可以控制在 1 o l o - 4 m o f l 1 7 5 x 1 0 4 m o l l 范围内变化。 当温度增加到5 5 、p h 值为l o 5 时，过氧化氢酶活性总体有所下降。锰离子浓度 在1 o x l o m o l l 7 5 1 0 。5 m o l l 范围内，其活性维持在1 2 0 0m g g - r a i n 左右。可以说明 在该区域内，二价锰离子对过氧化氢酶没有激活作用，这可能是离子浓度太低，难以和 过氧化氢酶的活性中心结合导致。当离子浓度增加到7 5 1 0 一m o l l 2 0 1 0 。4 m o l l 范 4 0 废纸脱墨浆中过氧化氢酶的初步研究 围内变化时，过氧化氢酶活性有较大的增加，最大为3 9 5 0 m g g m i n 。可以说明：在该 范围内二价锰离子有激活作用，与2 5 1 2 、p h 7 0 下相比，其活性增加的范围有所增大， 可能是由于底物过氧化氢随温度的升高能量增加和二价锰离子结合的机会增多，使得过 氧化氢酶活性有一定程度的激活。 图3 3 1m n z + 对过氧化氢酶活性的影响 f i g 3 3 1i n f l u e n c eo f m n 2 + t oc a t a l a s e 如果碎浆回用白水和补加的清水中含有7 5 x 1 0 一m o l l 2 0 x 1 0 。4 m o l l 范围内浓度的 二价锰离子，此时会增加过氧化氢酶的活性，在短时间内分过氧化氢会被大量的解掉， 使得随浆机内过氧化氢的浓度下降，对废纸碎浆会造成一定程度的影响，特别是对碎浆 白度的影响可能最大。 3 5 2 3f ，对过氧化氢酶活性的影响 从图3 3 2 中可以看出，三价铁离子对过氧化氢酶的活性在2 5 下有较大的增加， 在废纸碎浆的最佳温度和碱性条件下增加幅度较小。温度在2 5 ( 2 、p h = 7 0 条件下时， 三价铁离子在较低浓度下就开始对过氧化氢酶有明显的激活作用。当三价铁离子浓度在 2 5 x 1 0 一m o l l 2 0 x 1 0 。4 m o l l 范围内变化时，过氧化氢酶活性都较大，最大活性可以达 到6 8 3 2 m g g m i n ，其中大部分活性在3 0 0 0 m g g r a i n 以上变化。可以说明：三价铁离 子低温、中性条件下对过氧化氢酶活性有较大的激活作用。这可能是由于三价铁离子的 空间结构适合激活过氧化氢酶的活性中心所致。 当温度升高到5 5 ( 2 、p h = 1 0 5 条件下时，过氧化氢酶活性基本稳定在2 0 0 0m g g m i n 以上，其活性增加范围缩d , n7 5 x 1 0 。s m o l l 2 0 1 0 - 4 m o l l 范围内变化，过氧化氢酶活 4 1 陕西科技大学硕士学位论文 性最大时与二价锰离子在该条件下相比差别不大，两种离子对过氧化氢酶活性影响的变 化趋势有相似之处，这可能是由于在作用机理上有相同之处而造成的。 图3 3 2f e ”对过氧化氢醇活性的影响 f i g 3 - 3 2i n f l u e n c eo f f e 3 + t oc a t a l a s e 从过氧化氢酶活性总的变化趋势来观察：三价铁离子对过氧化氢酶有较大的激活作 用。当离子浓度在7 5 x 1 0 5 m o l l 2 0 x 1 0 4 m o l l 范围内变化时，对废纸脱墨产生的不利 影响和二价锰离子产生的影响相似。 3 5 2 4b a 2 + 对过氧化氢酶活性的影响 从国3 3 3 中可以看出，温度在2 5 、p h - 7 0 条件下，钡离子在浓度偏大的时对过 氧化氢酶活性有一定抑制作用。当离子浓度达到7 5 x 1 0 5 m o l l 时，过氧化氢酶活性开始 出现下降趋势，直到离子浓度增大到1 5 x 1 0 - 4 m o l l ，过氧化氢酶活性下降的速度开始增 大。当钡离子浓度在2 5 x 1 0 - 5 m o 】l 7 5 x 1 0 巧m o ll 范围内变化时，过氧化氢酶活性几乎 没有任何升高和降低的变化。可以说明：钡离子浓度在2 5 1 0 s m o l l 7 5 x 1 0 4 m o l l 范 围内变化时，对过氧化氢酶活性不能构成抑制作用。随着钡离子浓度的逐步增大，对过 氧化氢酶的抑制作用开始显现，特别是当离子浓度增大到1 5 x 1 0 - 4 m o l l ，抑制作用表现 的最为明显。 随着温度升到5 5 、p h 值增加到1 0 5 后，过氧化氢酶活性随着钡离子浓度增大开 始逐渐降低的趋势。当钡离子浓度在2 5 x 1 0 一m o l l 1 0 x 1 0 - 4 m o l l 范围内变化时，过氧 化氢酶活性在1 3 0 0 m g ，g m i t t 以上，活性较大，对过氧化氢可以造成较快的分解作用。 当钡离子浓度继续增大到1 - 5 x 1 0 - 4 m o l l 以后，过氧化氢酶活性降低到8 0 0 m g g m i n 左 右变化，此时钡离子对过氧化氢酶的抑制作用明显表现出来。可以说明：二价钡离子对 过氧化氢酶活性