（制浆造纸工程专业论文）酶处理速生杨高得率浆纤维形态与物理结构的研究.pdf

， ， i i i ll l ii l lii i l ll ! li ti ll y 1714 6 8 9 at h e s i ss u b m i t t e df o rt h e a p p l i c a t i o no f t h em a s t e r sd e g r e eo f e n g i n e e r i n g e f f e c to f e n z y m et r e a t m e n to np o p l a rh y p f i b e rm o r p h o l o g ya n d p h y s i c a ls t r u c t u r e c a n d i d a t e ： w a n gz h i y a n s p e c i a l t y ： p u l p & p a p e r m a k i n ge n g i n e e r i n g s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rc h e nj i a c h u a n s h a n d o n gi n s t i t u t eo fl i g h ti n d u s t r y , j i n a n ，c h i n a j u n e ，2 0 1 0 - 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。文 中引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上 已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或 成果，与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 论文作者签名：塑! 垫 日期： 超2 1 年鱼月上1 日 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属山东轻工 业学院。山东轻工业学院享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名 单位仍然为山东轻工业学院。 日期：型2 1 年月卫日 日期：笸名殳年么月l 日券 名 孔 剑 名 者 签 作 而 史 咖 论 导 i 山东轻工业学院硕上学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t l 第1 章绪论1 1 1 研究背景1 1 1 1 制浆造纸工业在国民经济中的地位和作用1 1 1 2 我国植物纤维原料的结构状况1 1 - 1 3 造纸工业的环保压力2 1 2 发展速生杨高得率浆的必要性3 1 2 1a p m p 浆4 1 2 2b c t m p 浆4 1 3 纤维素酶及其作用机理5 1 4 木聚糖酶及其作用机理6 1 5 纤维形态与物理结构分析7 1 5 1 表征纤维形态的重要指标7 1 5 2 表征纤维物理结构的重要指标8 1 5 3 纤维形态与物理结构的分析技术9 1 6 造纸湿部电荷的来源以及对纸浆性能的影响1 0 1 6 1 造纸系统中电荷的产生1 0 1 6 2 纸浆中电荷的分析方法1 l 1 7 研究的目的和主要内容1 2 1 7 1 研究的目的和意义1 2 1 7 2 研究的主要内容1 2 第2 章纤维素酶处理a p m p 浆纤维形态与物理结构的研究1 3 2 1 实验原料和方法1 3 2 1 1 实验原料1 3 2 1 2 酶处理1 3 目录 2 1 3 打浆及纸页的抄造1 4 2 1 4 纸张物理性能的测定1 4 2 1 5 保水值的测定1 4 2 1 6 纤维特性分析1 4 2 1 7 环境扫描电镜分析1 5 2 1 8 原子力显微镜分析1 5 2 1 9x 射线衍射分析1 5 2 1 1 0 羧基含量的测定1 5 2 1 1 l 浆料中z e t a 电位的测定1 6 2 1 1 2 浆料中溶解电荷的测定1 6 2 2 结果与讨论1 6 2 2 1 影响纤维素酶处理的因素1 6 2 2 2 纤维素酶预处理对速生杨a p 卿浆料打浆度以及物理性能的影响2 0 2 2 3 纤维素酶预处理对速生杨a p m p 浆料纤维特性的影响2 1 2 2 4 环境扫描电镜分析2 3 2 2 6x 射线衍射分析2 6 2 2 7 纤维素酶处理对a p m p 浆料湿部电荷特性的影响2 7 2 3 本章小结2 9 第3 章木聚糖酶处理a p m p 浆纤维形态与物理结构的研究3 1 3 1 实验原料和方法3 1 3 1 1 实验原料3 1 3 1 2 酶处理3 l 3 1 3 打浆及纸页的抄造3 1 3 1 4 纸张物理性能的测定3 2 3 1 5 保水值的测定3 2 3 1 6 纤维特性分析3 2 3 1 7 环境扫描电镜分析3 2 3 1 8 原子力显微镜分析3 2 3 1 9x 射线衍射分析3 2 3 1 1 0 羧基含量的测定3 2 3 1 1 l 浆料z e t a 电位的测定3 2 i i 山东轻丁业学院硕十学位论文 3 1 1 2 浆料中溶解电荷的测定3 2 3 2 结果与讨论3 2 3 2 1 影响木聚糖酶预处理的因素3 2 3 2 2 木聚糖酶预处理对速生杨a p m p 浆料打浆度以及物理性能的影响3 6 3 2 3 木聚糖酶预处理对速生杨a p m p 浆料纤维特性的影响3 8 3 2 4 环境扫描电镜分析4 0 3 2 5 原子力显微镜分析4 1 3 2 6x 射线衍射分析4 2 3 2 7 木聚糖酶处理对a p m p 浆料湿布化学特性的影响4 3 3 3 本章小结4 5 第4 章木聚糖酶处理b c t m p 浆纤维形态与物理结构的研究4 7 4 1 实验原料与方法4 7 4 1 1 实验原料4 7 4 1 2 酶处理4 7 4 1 4 纸张物理性能的测定4 7 4 1 5 保水值的测定4 7 4 1 6 纤维特性分析4 7 4 1 7 环境扫描电镜分析4 7 4 1 8 原子力显微镜分析4 7 4 1 9x 一射线衍射分析4 8 4 1 1 0 浆料中羧基含量的测定4 8 4 1 1 1 浆料z e t a 电位的测定4 8 4 1 1 2 浆料中溶解电荷的测定4 8 4 2 结果与讨论4 8 4 2 1 木聚糖酶预处理的影响因素4 8 4 2 2 木聚糖酶预处理对杨木b c t m p 浆料打浆度以及物理性能的影响5 2 4 2 3 木聚糖酶预处理对杨木b c t m p 浆料纤维特性的影响5 4 4 2 4 环境扫描电镜分析5 6 4 2 5 原子力显微镜分析5 6 4 2 6x 射线衍射分析5 8 4 2 7 木聚糖酶处理对b c t m p 浆料湿布化学特性的影响5 9 i i i 目录 4 3 本章小结6 1 第5 章结论6 3 5 1 纤维素酶处理对a p m p 浆料纤维形态和物理结构的影响6 3 5 2 木聚糖酶处理对a p m p 浆料纤维形态和物理结构的影响6 4 5 3 木聚糖酶处理对b c t m p 浆料纤维形态和物理结构的影响6 4 5 4 本文的创新之处以及进一步的研究工作6 5 5 4 1 本文的创新之处6 5 5 4 2 进一步的研究工作6 5 参考文献6 7 致谢7 3 攻读硕士学位期间发表的论文7 5 山东轻t 业学院硕1 j 学位论文 摘要 根据我国原料不足，尤其是木材原料更是紧缺的现状，以及造纸工业污染的 现实情况，生产高得率浆将是提高阔叶木浆的使用品质的有效途径。在高得率浆 生产过程中，磨浆消耗大量的能源，主要原因是常规打浆很难打破纤维细胞壁的 p 层和s 1 层。生物预处理可以明显地降低磨浆能耗，提高浆料的性能。 本论文以速生杨高得率浆a p m p 以及b c t m p 为主要原料，主要研究了纤维 素酶以及木聚糖酶p e 8 9 对浆料的改性作用，通过对比酶处理前后浆料的打浆度、 成纸物理强度、光学性能、纤维特性等浆料性能评价指标的变化，筛选了酶处理 的最优条件。使用f q a 对浆料进行了纤维质量分析，并通过e s e m 和a f m 观察 了经过和未经过酶的速生杨a p m p 浆纤维形貌和表面特征的结构，用x r d 分析 了酶预处理纸浆纤维结晶区域的变化。通过检测浆料处理前后z e t a 电位、羧基含 量、纸浆溶解电荷等的变化，进一步反映了酶处理对浆料湿部化学特性的影响。 充分了解浆料纤维的物理结构和纤维形态，可以根据原料的不同特性合理的 利用原料，更有针对性的利用不同的浆料，还可以预测抄纸后纸的强度，对试验 和生产起到先导作用。 使用纤维素酶对速生杨a p m p 浆料进行预处理，研究了其对纤维的改性作用， 以及对湿部电荷的影响。在酶用量3 i u g - 1 绝干浆，p h 值5 0 ，处理时间9 0 m i n ， 温度5 5 的条件下，酶处理a p m p 浆不仅可提高打浆度，而且撕裂指数提高5 ， 裂断长提高4 2 ，耐破指数提高1 2 ，保水值提高5 1 4 。经过酶处理的浆料比 未经酶处理l w w 提高了0 0 1l m m ，酶处理的浆料的羧基含量降低7 5 6 mm o l k g ； z e t a 电位( 负值) 降低1 2 m v ；纸浆溶解电荷降低6 4 5 1 x e q 9 1 。此外，应用e s e m 和 a f m 观察分析发现，经过酶处理的纸浆纤维柔软，表面有空洞和凹陷，更容易出 现分丝帚化，更利于打浆。通过x r d 分析发现酶预处理纸浆纤维结晶度增加 2 8 7 。 使用木聚糖酶对速生杨a p m p 浆料进行预处理，研究了其对纤维的改性作用， 以及对湿部电荷的影响。在酶用量2 0 i u g - 1 绝干浆，p h 值7 0 ，处理时间9 0 m i n ， 温度5 0 的条件下，a p m p 浆在2 5 0 0 0 r 打浆转数下酶处理浆打浆度可提高2 0 0 s r 左右，撕裂指数提高5 o ，裂断长提高4 9 ，耐破指数提高1 4 ，保水值提高 5 8 7 。经过酶处理的浆料比未经酶处理l w w 提高了0 0 2 4 m m ，酶处理的浆料的 羧基含量降低9 3 4 mm o l k g ；z e t a 电位( 负值) 降低1 7 m v ；纸浆溶解电荷降低 4 0 3 9 e q g - 1 。此外，应用e s e m 和a f m 观察分析发现，经过酶处理的纸浆纤维柔 软，表面有空洞和凹陷，更容易出现分丝帚化，更利于打浆。通过x r d 分析发 摘要 现酶预处理纸浆纤维结晶度增加2 2 8 。 使用木聚糖酶对速生杨b c t m p 浆料进行预处理，研究了其对纤维的改性作 用，以及对湿部电荷的影响。在酶用量2 0 i u g - 1 绝干浆，p h 值7 0 ，处理时间9 0 m i n ， 温度5 0 的条件下，b c t m p 浆在2 5 0 0 0 r 打浆转数下酶处理浆打浆度可提高 2 0 0 s r 左右，撕裂指数提高4 2 ，裂断长提高3 o ，耐破指数提高1 8 ，保水 值提高3 8 2 。经过酶处理的浆料比未经酶处理k 提高了0 0 1 0 r a m ，酶处理的 浆料的羧基含量降低2 2 3 mm 0 1 k 9 1 ；z e t a 电位( 负值) 降低2 5 m v ：纸浆溶解电荷 降低3 9 3 1 x e q g - 1 。此外，应用e s e m 和a f m 观察分析发现，经过酶处理的纸浆 纤维柔软，表面有空洞和凹陷，更容易出现分丝帚化，更利于打浆。通过x r d 分析发现酶预处理纸浆纤维结晶度增加2 0 8 。 关键词：纤维形态；物理结构；木聚糖酶；纤维素酶；湿部电荷 i l 山东轻丁业学院硕l j 学位论文 a b s t r a c t b e c a u s eo ft h es h o r t a g eo fp a p e r - m a k i n gr a wm a t e r i a l ，e s p e c i a l l yt h ew o o dr a w m a t e r i a l ，a n dt h es e r i o u sp o l l u t i o no ft h ep a p e r - m a k i n gi n d u s t r y , t h eh i g hy i e l dp u l p w i l lb et h ee f f e c t i v ew a yt oi m p r o v et h eh a r dw o o dp u l pq u a l i t y i nt h ep r o d u c t i o n p r o c e s so fh y p , t h er e f i n i n gs t a g ec o n s u m e sal o to fe n e r g y , b e c a u s ei t sd i f f i c u l t yt o b r e a k et h el a y e rpa n ds1f o rc o n v e n t i o n ar e f i n i n g b i o l o g yr e t r e a t m e n tc a nr e d u c et h e e n e r g yc o n s u m p t i o na n di m p r o v et h ep r o p e r t i e s t h ec e l l u l l a s ea n dx y l a n a s ep e 8 9a r eu s e dt om o d i f yt h ea p m pa n db c t m p i n t h et h e s i sw ec o m p a r et h ec h a n g e so ft h eb e a t i n gd e g r e e ，t h ep a p e rp h y s i c a ls t r e n g t h ， t h eo p t i c a lp r o p e r t i e s ，a n dt h ef i b e rp r o p e r t i e sb e t w e e nt h eu n t r e a t e da n dt r e a t e df i b e r , a n df i n dt h eo p t i m a lc o n d i t i o nf o rt h ee n z y m e a f t e re n z y m et r e a t m e n t ，f q ai su s e dt o a n a l y s i st h ef i b e rq u a l i t y , e s e ma n da f ma r eu s e dt oo b s e r v et h em o r p h o l o g ya n d s u r f a c ec h a r a c t e ro ft h es t r u c t u r eo ff i b e r s ，a n dx r di sm a d eu s eo fd e t e c t i n gp u l p s c r y s t a l l i n i t y b yd e t e c t i n gt h ez e t ap o t e n t i a l ，t h ec a r b o x y lc o n t e n ta n dt h ed i s s o l v e d c h a r g e ，w ec a nk o w nt h ee f f e c t i o no nt h ee n dw e t i fw ea r ef a m i l i a rw i t ht h ef i b e rm o r p h o l o g ya n dp h y s i c a ls t r u c t u r e ，w ec a nu s e t h ef i b e rr e a s o n a b l e ，d i f f e r e n tp u l ph a v ead i f f e r e n tu s e ，a n dw ea l s oc a nf o r e c a s tt h e p a p e r ss t r e n g t hw h i c hc a l lb eag u i d ef o re x p e r i m e n ta n dp r o d u c t i o n f i r s t l y , c e u u l a s em o d i f i c a t i o no ff a s t g r o w i n gp o p a ra p m pa n dt h ee f f e c t i o no n w e t e n dc h a r g ea r er e s e a r c h e d t h ep r e t r e a t m e n to fa p m pc a ni n c r e a s et h eb e a t i n g d e g r e ew i t ht h ei m p r o v e m e n to fr e s u l t i n gt e a ri n d e xb y5 ，b r e a k i n gl e n g t hb y4 2 ， b u r s ti n d e xb y12 a n dw a t e rr e t e n t i o nv a l u eb y5 14 u n d e rt h eo p t i m a lt r e a t m e n t c o n d i t i o n ，w h i c ha r e3 i u + g - 1 ，p h5 0 ，9 0m i n ，a n d5 5 。c b a s e do nt h eo p t i m a lt r e a t m e n t c o n d i t i o n ，t h el w w o ft r e a t e df i b e r si s0 0 11m m l o n g e r ，t h ec a r b o x y lc o n t e n tr e d u c e s b y7 5 6mm o l k 9 1 ，t h ez e t ap o t e n t i a l ( n e g a t i v ev a l u e ) d e c r e a s e sb y1 2m y , a n dt h e d i s s o l v e dc h a r g er e d u c e sb y6 4 5p e q g - 1 t h ee s e ma n da f mo b s e r v a t i o ns h o wt h a t t h e c e l l u l a s e - t r e a t e df i b e r sa r em u c hs o f t e ra n dh a v eh i g h e rf i b r i l l a t i o ne x t e n t c o m p a r e dw i t ht h e s eu n t r e a t e do n e s ，a n dm a n yh o l l o w sa p p e a ro i lt h ef i b e rs u r f a c es o a st ob ee a s yf o rb e a t i n g t h ec r y s t a u i n i t yo ft h et r e a t e df i b e ri n c r e a s e sb y2 8 7 o b s e r v a t e db yt h ex r d s e c o n d l 5x y l a n a s em o d i f i c a t i o no ff a s t g r o w i n gp o p a ra p m pa n dt h ee f f e c t i o n o nw e t e n dc h a r g ea r er e s e a r c h e d t h ep r e t r e a t m e n to fa p m pc a ni n c r e a s et h eb e a t i n g a b s t r a c t d e g r e ew i t ht h ei m p r o v e m e n to fr e s u l t i n gt e a ri n d e xb y5 ，b r e a k i n gl e n g t hb y4 9 ， b u r s ti n d e xb y1 4 a n dw a t e rr e t e n t i o nv a l u eb y5 8 7 u n d e rt h eo p t i m a lt r e a t m e n t c o n d i t i o n ，w h i c ha l e2 0 i u g - ，p h7 0 ，9 0m i n ，a n d5 0 c b a s e do n t h eo p t i m a l t r e a t m e n tc o n d i f i o n ，t h el w wo ft r e a t e df i b e r si s0 0 2 4r a i nl o n g e r ，t h ec a r b o x y l c o n t e n tr e d u c e sb y9 4 3mm o l k g - 1 ，t h ez e t ap o t e n t i a l ( n e g a t i v ev a l u e ) d e c r e a s e sb y 1 7m v , a n dt h ed i s s o l v e dc h a r g er e d u c e sb y4 0 3p e q g - 1 t h ee s e ma n da f m o b s e r v a t i o ns h o wt h a tt h ex y l a n a s e - t r e a t e da p m pb e c o m em u c hs o f t e ra n dh i g h e r f i b r i l l a t i o ne x t e n tc o m p a r e dt ot h e s eu n t r e a t e dp u l p a sa na d d i t i o n ，t h e r ea l em a n y h o l l o w so nt h ef i b e rs u r f a c es oa st ob ee a s yf o rb e a t i n g t h ec r y s t a l l i n i t yo ft h et r e a t e d f i b e ri n c r e a s e sb y2 2 8 o b s e r v a t e db yt h ex r d f i n a l l y , x y l a n a s em o d i f i c a t i o no ff a s t g r o w i n gp o p a rb c t m p a n dt h ee f f e c t i o no n w e t - e n dc h a r g ea l er e s e a r c h e d t h ep r e t r e a t m e n to fb c t m pc a ni n c r e a s et h eb e a t i n g d e g r e ew i t ht h ei m p r o v e m e n to fr e s u l f i n gt e a ri n d e xb y4 2 ，b r e a k i n gl e n g t hb y3 o ， b u r s ti n d e xb y18 ，a n dw a t e rr e t e n t i o nv a l u eb y3 8 2 u n d e rt h eo p t i m a lt r e a t m e n t c o n d i t i o n ，w h i c ha r e2 0 i u g - 1 ，p h7 0 ，9 0m i n ，a n d5 0 。c b a s e do nt h eo p t i m a l t r e a t m e n tc o n d i t i o n t h el w wo ft r e a t e df i b e r si s0 0 1 0m ml o n g e r ，t h ec a r b o x y l c o n t e n tr e d u c e sb y2 2 3mm o l k g - 1 ，t h ez e t ap o t e n t i a l ( n e g a t i v ev a l u e ) d e c r e a s e sb y 2 5m v , a n dt h ed i s s o l v e dc h a r g er e d u c e sb y3 9 3i x e q g - 1 t h ee s e ma n da f m o b s e r v a t i o ns h o wt h a tt h ex y l a n a s e t r e a t e dp u l pb e c o m em u c hs o f t e ra n dh i g h e r f i b r i l l a t i o ne x t e n tc o m p a r e dt ot h e s eu n t r e a t e dp u l p s ot h e r ea l em a n yh o l l o w so nt h e f i b e rs u r f a c e ，a n dt h ep u l pb e c o m ee a s yf o rb e a t i n g 1 1 1 ec r y s t a l l i n i t yo ft h et r e a t e d f i b e ri n c r e a s e sb y2 0 8 o b s e r v a t e db yt h ex r d k e yw o r d s ：f i b e rm o r p h o l o g y , p h y s i c a ls t r u c t u r e ，x y l a n a s e , c e l l u l a s e ，w e t - e n dc h a r g e u 山东轻工业学院硕j ：学位论文 第1 章绪论 本章首先介绍了论文的研究背景，介绍了我国造纸植物纤维原料现状，阐述 了高得率浆发展历史，速生杨木高得率浆的发展以及广泛应用的杨木a p m p 以 及b c t m p 浆生产技术，生物技术在制浆造纸工业中的应用，并结合实际情况探 讨了本论文的研究目的及研究意义。 1 1 研究背景 中国造纸术的发明与传播对促进人类文明的发展做出了巨大的贡献。造纸业 作为一个对国民经济和社会主义建设有重要影响的产业部门，而纸及纸板的生产 以及消费情况已然成为判断一个国家的文明程度以及现代化建设水平的重要标 志之一i l j 。世界上经济发达国家一般都拥有发达的造纸工业，美国和日本把造纸 工业列为国内十大制造业之一。我国是制浆造纸工业大国，纸和纸板的产量位居 世界第二，但人均拥有量却很落后，而且存在着原料短缺、资源和能源消耗大、 污染严重、技术落后等问题。这些问题的存在严重阻碍了我国造纸工业的发展。 如何在合理利用有限资源、降低能源消耗和控制环境污染的前提下，持续的发展 造纸工业是制浆造纸业所面临的一个现实问题。由此可见，实现我国造纸工业现 代化还相当艰巨，与国际接轨还要付出艰辛的努力，造纸工作者任重而道远。 1 1 1 制浆造纸工业在国民经济中的地位和作用 制浆造纸工业是国民经济的基础产业，纸和纸板作为生产原料，广泛应用于 工业、建筑业、农业、国防、交通、电子信息等各个领域，它不仅是人们生活中 不可缺少的的用品，而且自其发明以来就一直是知识、信息的载体。人们生活离 不开纸，社会发张离不开纸，纸和纸板的作用是不可替代的。作为生产资料、生 活用品和流通的商品，纸和纸板的生产是伴随着社会进步、经济发展而发展的。 同时，制浆造纸工业的发展，也支持和促进了国民经济的增长【2 1 。 1 1 2 我国植物纤维原料的结构状况 很长一段时间，我们国家有很大一部分造纸用纤维原料都是麦草，草类原料 柔软加工简单，生产设备也比简单，因此，在我国这种原料供应紧张，需求却不 断扩大的趋势下，草浆造纸迅猛发展。但是，草浆纤维短小，细小纤维含量多和 提取黑夜困难等方面限制了国家纸和纸板的品种以及质量。所以这种以草类原料 为主的原料结构再也不能满足我国造纸工业的发展。 木材已经成为世界造纸工业的主流原料，9 5 的原料市场已经被木材所占 第1 章绪论 据，非木材仅仅占5 的市场份额。中国以及印度这些发展中国家是这部分非木 材原料的主要消耗国，占全世界所用非木材原料的9 9 。作为世界上最大的废纸 以及原生纸浆的贸易进口国，我国依赖进口纤维原料的现状还将持续，为了不让 我国造纸工业的持续发展受到原材料的影响，切实保障原料的供应，我们必须积 极实行林纸一体化p 。5 j ，以速生丰产林和与之相适应的高水平的制浆方法为主， 并同时提高废纸的回收使用率，科学合理的使用草类原料。提高我国纤维原料的 自给自足水平，这个任务非常艰巨。 采用木材原料造纸有很多优势【6 】：第一，稳定、集中的供应非常适合大型造 纸企业的要求；第二，木材易储存，密集，有好的纤维质量，不仅有利于运输而 且抄造容易以及成纸之后的质量都非常好；第三，木材原料的制浆技术成熟可靠， 在后续废水处理，碱回收等方面的处理技术都非常成熟；第四，我们国家可以根 据自己的国情大面积的种植人工速生林，专门为造纸工业提供木材原料，这样既 能改善环境又能保障企业用材；第五，因为利用木材原料企业的生产规模都比较 大，更适合利用先进的造纸工艺和生产设备，这不仅有利于造纸企业的发展，而 且对劳动生产率和工人的劳动保障都有很大的提高。 我国造纸原料匮乏，森林面积小，只有世界平均水平的6 1 2 5 【7 】，人均面 积更是少之又少。在我国，木材中用于造纸的部分不仅少，而且可用于造纸的森 林也是贫乏之至，所以许久以来我国主要依赖进口木浆。近年来我国自行研发的 三倍体毛白杨，已经在我国北方地区广泛种植，具有较大的发展潜力。此外从材 性上讲杨木硬度不大，不会对磨浆带来困难；杨木年生长量大；杨木纤维长度、 宽度及细胞壁厚度均适合制高得率浆要求。有研究发现5 年生的三倍体毛白杨的 平均纤维长度在1 0 9 r a m 左右，纤维长度分布均一，长宽比大，与其它杨树相比 细胞壁薄，壁腔比小纤维形态好，很柔软易于打浆，这在其他杨木品种中是比较 少见的。此外，杨木浆初始白度高，浆的可漂性好，杨木抽出物含量低，无特殊 抽出物影响纸浆质量。 1 1 3 造纸工业的环保压力 我国造纸工业的主要污染源是蒸煮工段的废液即碱法蒸煮的黑液和酸法蒸 煮的红液、含氯漂白废液的污染物和制浆造纸过程中段废水的污染物【8 】。目前我 国只有个别造纸厂采用酸法制浆，绝大部分造纸厂采用碱法制浆，蒸煮工段的废 液主要是黑液。木素和碳水化合物的降解产物是黑液的主要污染物，碱法化学制 浆产生的黑液，可以采用成熟可靠的传统燃烧法碱回收技术，通过碱回收可以使 资源得到充分利用，回收热能和碱，并可降低生产工艺过程中产生的8 0 的污 染负荷p j 。目前我国大多数造纸厂仍采用氯和次氯酸盐漂白，漂白废水中含有大 量的含氯木素降解产物，在硫酸盐浆漂白废水中，目前已经被证实的有机物多达 2 山东轻工业学院硕 ：学位论文 3 1 3 种，其中2 0 0 多种为有机氯化物，有的物质( 如二恶英，d i o x i n ) 、三氯甲烷、 氯代酚等) 对环境中的生物有强烈的毒害，有的还具有致癌性、致畸性和致多发 性脑神经病变的作用【l o 】，因此造纸厂污染物毒性最大的要算含氯漂白废液的排 放。 1 2 发展速生杨高得率浆的必要性 速生杨高得率浆的范围非常广，总的来说，只要制浆的得率比化学浆的高都 被称作高得率浆。由于世界上化学机械浆不仅化学药品的消耗量少、污染低，投 资规模比较省，工艺方法适应的原料范围广，而且得率在8 5 9 5 左右，所以这 种制浆方法自8 0 年代以来以迅猛的速度增长，它将成为2 l 世纪主要发展的一种浆 f l l 】 o 在我国北方，三倍体毛白杨已经被广泛种植，高的磨浆能耗是制约高得率浆 发展的重要因素，对于三倍体毛白杨来说，它的材质比较松软，适合高得率制浆， 目前世界上应用较为广泛的是a p m p 和b c t m p 两种高得率制浆方法。随着造 纸工艺的进步，高得率浆的质量也越来越高，可以替代阔叶木漂白硫酸盐浆，高 得率浆应用于各种纸或纸板的生产。 ( 1 ) 从材性讲，杨木是制高得率浆最好的原料 杨木基本密度在3 2 0 - - , 3 5 0 k g m 3 ；木材硬度不大，弦面硬度在2 0 2 4 2 7 0 0 n ， 不会对磨浆带来困难；杨木年生长量大，单位林地产浆量最高可达2 0 t ；杨木纤 维长度、宽度及细胞壁厚度均适合制高得率浆要求；杨木抽出物含量低，无特殊 抽出物影响纸浆质量。 ( 2 ) 杨树材初始白度高，赋予高得率浆较高的白度 杨树材白度高，最高者( 山杨) 达7 3 6 i s o ，一般均在3 3 i s o 以上，这一特 性使得由它制得的高得率浆，特别是不加或少加化学药剂的高得率浆，比如t m p 及c t m p 、a p m p 有较高的白度。 ( 3 ) 杨木高得率浆的可漂性 杨木高得率浆除有较高的未漂浆白度外，其h 2 0 2 可漂性亦佳。有人曾做过 实验，用单段h 2 0 2 漂白，白度可提高1 2 1 8 个百分点，即经单段漂白后可满足 般文化用纸要求，如用两段h 2 0 2 漂白，可达7 5 0 俨8 2 i s o 的白度。 ( 4 ) 杨木高得率浆的磨浆能耗 磨浆能耗是制约高得率浆发展的重要因素。我们研究发现，杨木有较低的磨 浆能耗，这与杨木固有的材性有关。在相同磨浆度下，杨木磨浆能耗比尾叶桉低 5 0 左右，比杉木低6 7 倍。 杨木a p m p 是一种非常成功的高得率新浆种，因其得率高、白度高、强度 3 第1 章绪论 和不透明度好，适用于代替部分长纤维针叶木化学浆配抄低定量胶印新闻纸和涂 布纸等【5 6 】。 ( 5 ) 我国高得率浆生产动态 引进了国际上年代最新的碱性过氧化氢机械制浆设备和工艺；为制浆造 纸原料特别是利用杨木生产高得率、高白度和强度好的化学机械浆开辟了新途 径； 为代替部分长纤维针叶木化学浆，配抄低定量胶印新闻纸与其它印刷纸、 书写纸提供优质价廉的新浆种；采用生物学化学方法处理生产a p m p 排放的 废水，解决了污染问题。综上所述，a p m p 制浆工艺是当前最适于利用杨木的高 得率制浆技术【1 2 1 。 1 2 1a p m p 浆 木片首先需经机械破碎，然后进行碱性h 2 0 2 预处理，再经两段磨浆后即制 得a p m p 浆。该法污染小，浆的性能良好，而且自度耐1 4 之7 1 。 制浆和漂白的工段合二为一，也就是制浆和漂白两段工艺同时完成是a p m p 方法的最大优势。制浆和漂白是通过碱性过氧化氢溶液来完成。根据材种和浆料 所要求的强度和白度来选择浸渍段数、n a o h 、h 2 0 2 用量。碱性过氧化氢浸渍在 一定程度上与过氧化氢漂白相似，但是并不完全等同，在a p m p 制浆过程中， 碱性过氧化氢浸渍实际上包括两个作用，其一是用碱润胀纤维，提高成浆强度； 其二是用过氧化氢漂白木片，提高成浆白度。为了达到一定的成浆强度，浸渍时 的氢氧化钠量一般比较高。单段碱性过氧化氢浸渍用碱量高达5 5 ，而在纸浆 过氧化氢漂白时用碱量一般为l 2 。对于两段a p m p 制浆工艺，n a o h 用量， 特别是第一段浸渍用量是影响化机浆强度的主要因素；第二段浸渍h 2 0 2 用量对 成浆白度影响最大。但是第一段浸渍添加h 2 0 2 与否对成浆白度也有一定程度的 影响。为了防止h 2 0 2 的无效分解，在碱性过氧化氢浸渍液中要加入保护剂【2 引。 a p m p 通过调节n a o h 和h 2 0 2 用量可制得物理强度和白度不同的浆料。 1 2 2b c t m p 浆 b c t m p 比其他的机械浆，具有较多长纤维和较少的细小纤维。开始时 b c t m p 主要少量用于代替化学浆，生产毛巾纸、绒毛浆和一些低档的薄页纸中。 近几年来，才应用于纸板等产品中。促使b c t m p 能广泛地被采用的主要原因 是：( 1 ) 浆料质量稳定，在使用过程中不仅能减少不必要的麻烦，而且配抄时化学 浆的使用量减少。( 2 ) 成浆的游离度高，网部滤水性能好，在生产过程中可以保 证纸机的运行性能高。( 3 ) 纸浆中长纤维和细小纤维的比例是决定产品性能的重 要因素，细小纤维的作用是填充长纤维之间的空隙，丛而起到改善纸张平滑度和 不透明度的作用。长纤维通过单根纤维的互相交织来提高纸的强度。( 4 ) 较高的 松厚度、厚度高就意味着产品的用浆量减少【2 9 】。 4 山东轻丁业学院硕l ：学位论文 b c t m p 作为一种新的浆种，随着制浆工艺、漂白化学、废水处理、机械设 备的不断进步以及造纸科研工作者对高得率浆产品的应用更加深入，将越来越受 到重视，应用量越来越大，而且使用的终端产品也越来越高级。同时，b c t m p 浆所具备的较大的湿纸页强度，好的抗水性，生产时间短，较低的生产温度，使 用较少的化学药品等各种优点，再加上因废纸的共用性能提高强度的这一特性， 将更加受到造纸工作者的喜爱。但是要指出的是b c t m p 的白度和耐久性是不理 想的，所有的产品不宜长期保存，这一点相当重要，不可忽视。用b c t m p ( 漂白 化学一热法机械木浆) 制造精细纸张的主要问题是：白度低( 相对于化学浆) ；易返 黄。这两个问题均已明确提出，并正在进行大量研究工作，找到解决方案的前景 是光明的【3 0 1 。 1 3 纤维素酶及其作用机理 作为一种蛋白质，纤维素酶是由微生物发酵而生产的，它的作用主要是来催 化纤维素以及衍生物的水解。通常用的纤维素酶是复合酶系f 3 l 】，它包括外切型 葡聚糖苷酶，又称纤维二糖水解酶或c l 酶、内切葡聚糖苷酶、b 葡萄糖苷酶等。 纤维素酶的来源决定着它有不同的组成，即便酶组分相同，它其中也包含着很多 种其他性质的酶，这就决定了纤维素酶中往往伴有其他不同种的酶类【3