RU2118675C1

RU2118675C1 - Method of leafy sulfate cellulose whitening

Info

Publication number: RU2118675C1
Application number: RU96120797A
Authority: RU
Inventors: Г.П. Александрова; С.А. Медведева; Е.Н. Медведева; В.А. Бабкин; Н.А. Рыбальченко; Э.С. Ступина; А.Д. Сергеев; В.А. Петренев; А.П. Синицын; Н.Н. Попова; О.Н. Окунев; И.В. Соловьева
Original assignee: Иркутский институт химии СО РАН
Priority date: 1996-10-21
Filing date: 1996-10-21
Publication date: 1998-09-10

Abstract

FIELD: paper and pulp industry. SUBSTANCE: nonbleached cellulose is subjected preliminary for enzyme preparation effect from Aspergillus heteromorphous at activity 30-150 U/g cellulose at mass concentration 5-10% for 1-4 h at 30-50 C. Then cellulose is subjected for treatment with hydrogen peroxide in alkaline medium. EFFECT: increased whiteness at stage of biological treatment and final whiteness of cellulose semifinished product. 1 tbl, 13 ex

Description

Изобретение относится к целлюлозно-бумажной промышленности, конкретно, к усовершенствованию способа отбелки лиственной сульфатной целлюлозы, позволяющего за счет увеличения избирательности процесса делигнификации повысить степень белизны и качество целлюлозы. Эффективность отбелки повышается за счет предварительной обработки небеленой массы ферментами. The invention relates to the pulp and paper industry, specifically, to an improvement in the method of bleaching hardwood sulfate pulp, which allows increasing the brightness and quality of pulp by increasing the selectivity of the delignification process. The efficiency of bleaching is enhanced by pre-treatment of unbleached mass with enzymes.

Известен способ отбелки сульфатной целлюлозы (Лигнокс) с использованием пероксида водорода как основного белящего реагента [1]. Способ заключается в том, что перед высокотемпературной пероксидной отбелкой целлюлозу предварительно подвергают кислородной делигнификации и обрабатывают хелатирующим агентом для удаления ионов металлов переменной валентности. Недостатком данного способа является низкая степень достигаемой белизны целлюлозы 70 - 75% ISO. A known method of bleaching sulfate cellulose (Lignox) using hydrogen peroxide as the main whitening reagent [1]. The method consists in the fact that before high-temperature peroxide bleaching, cellulose is preliminarily subjected to oxygen delignification and treated with a chelating agent to remove metal ions of variable valency. The disadvantage of this method is the low degree of achieved pulp whiteness of 70 - 75% ISO.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ отбелки целлюлозы пероксидом водорода с использованием предварительной отбелки ферментами, полученными из Trichoderma reesei [2]. По этому способу лиственную целлюлозу обрабатывают ферментом, хелатирующим агентом и отбеливают щелочным раствором пероксида водорода в более мягких условиях по сравнению с вышеописанным способом. Максимальная степень белизны целлюлозы, полученной этим способом 64% ISO. Вклад биологической стадии в увеличение белизны конечного продукта составляет 4%. Недостаток данного способа - небольшая глубина делигнификации. The closest to the claimed technical essence and the achieved effect is a method of bleaching cellulose with hydrogen peroxide using preliminary bleaching with enzymes obtained from Trichoderma reesei [2]. According to this method, hardwood pulp is treated with an enzyme, a chelating agent and bleached with an alkaline solution of hydrogen peroxide under milder conditions compared to the above method. The maximum brightness of the pulp obtained in this way is 64% ISO. The contribution of the biological stage to increasing the brightness of the final product is 4%. The disadvantage of this method is the small depth of delignification.

Техническим результатом данного изобретения является увеличение белизны на стадии биологической обработки и конечной белизны целлюлозного полуфабриката. Данный результат достигается тем, что в способе отбелки лиственной сульфатной целлюлозы путем предварительного воздействия ферментами с последующей обработкой пероксидом водорода в щелочной среде, согласно изобретению, небеленую целлюлозу предварительно подвергают воздействию ферментного препарата ксиланазы Aspergillus heteromorphous с активностью 30 - 150 Е/г целлюлозы при концентрации массы 5 - 10% в течение 1 - 4 ч при температуре 30 - 50^oC.The technical result of this invention is to increase the brightness at the stage of biological treatment and the final whiteness of the cellulose prefabricated. This result is achieved by the fact that in the method of bleaching hardwood sulfate cellulose by pre-exposure to enzymes followed by treatment with hydrogen peroxide in an alkaline medium according to the invention, unbleached pulp is preliminarily exposed to the enzyme preparation Aspergillus heteromorphous xylanase with an activity of 30-150 U / g cellulose at a mass concentration 5 - 10% for 1 to 4 hours at a temperature of 30 - 50 ^o C.

Удаление остаточного лигнина из лигноцеллюлозного полуфабриката ограничивается присутствием гемицеллюлоз в массе. Кроме того, растворенные в процессе варки гемицеллюлозы, так же как и лигнин, могут переосаждаться на поверхности целлюлозы и образовывать связи с волокном. Сущность ферментной обработки гемицеллюлозами заключается в том, что ферменты катализируют деструкцию гемицеллюлоз как на поверхности, так и во внутренней части волокна, облегчая последующую щелочную экстракцию остаточного лигнина. За счет этой ступени делигнификации обеспечивается более высокая конечная белизна сульфатной целлюлозы. Removal of residual lignin from the lignocellulosic semi-finished product is limited by the presence of hemicelluloses in the mass. In addition, hemicellulose dissolved in the cooking process, as well as lignin, can reprecipitate on the cellulose surface and form bonds with the fiber. The essence of the enzymatic treatment with hemicelluloses is that enzymes catalyze the destruction of hemicelluloses both on the surface and in the inner part of the fiber, facilitating the subsequent alkaline extraction of residual lignin. Due to this stage of delignification, a higher final whiteness of sulphate pulp is ensured.

Согласно предлагаемому способу биологической обработке ферментами из Aspergillus heteromorphous подвергали лиственную сульфатную целлюлозу продленной варке в течение 1 - 4 ч при температуре 30^oC, далее проводили обработку трилоном Б в кислой среде и отбелку 3% пероксидом водорода в щелочной среде.According to the proposed method, foliar sulphate pulp was subjected to biological treatment with Aspergillus heteromorphous enzymes for an extended period of 1 to 4 hours at a temperature of 30 ^° C, then Trilon B was treated in an acidic medium and bleached with 3% hydrogen peroxide in an alkaline medium.

Исполнение способа поясняется следующими примерами. The execution of the method is illustrated by the following examples.

Пример 1. Навеску 1 г (в пересчете на а.с. целлюлозу) сульфатной лиственной целлюлозы (жесткость 5 ед. Каппа, белизна 48% ISO) обрабатывали раствором ферментного препарата из Aspergillus heteromorphous с активностью ксиланазы 100 ед. на 1 г субстрата в течение 2.5 ч при 30^oC. Концентрация массы 10%. Затем образец обрабатывали 0.2% (от а.с. целлюлозы) трилоном Б с pH 3.5 при 90^oC в течение 60 мин и после промывки дистиллированной водой отбеливали раствором, содержащим 3% (от а.с. целлюлозы) пероксида водорода и 3% NaOH с добавкой 3% Na₂SiO₃ при 90^oC в течение 3 ч. После промывки и кисловки изготавливали отливки по ГОСТ 7690-76 и измеряли белизну. Белизна полученного образца составила 84.5% ISO. Белизна контрольного образца без ферментной обработки - 77.8% ISO. Данные по отбелке приведены в таблице.Example 1. A portion of 1 g (in terms of A.S. cellulose) of sulfate hardwood pulp (hardness 5 units Kappa, whiteness 48% ISO) was treated with a solution of an enzyme preparation from Aspergillus heteromorphous with xylanase activity of 100 units. per 1 g of substrate for 2.5 hours at 30 ^o C. the concentration of the mass of 10%. Then, the sample was treated with 0.2% (by weight of cellulose) with Trilon B with pH 3.5 at 90 ^° C for 60 min and after washing with distilled water, it was bleached with a solution containing 3% (by weight of cellulose) of hydrogen peroxide and 3% NaOH with the addition of 3% Na ₂ SiO ₃ at 90 ^o C for 3 hours. After washing and acidification, castings were made according to GOST 7690-76 and brightness was measured. The whiteness of the obtained sample was 84.5% ISO. The white of the control sample without enzyme treatment is 77.8% ISO. The bleaching data is given in the table.

Пример 2. Навеску целлюлозы 1 г (а.с. целлюлозы) обрабатывали ферментным препаратом с активностью 30 ед./г в течение 2 ч при 30^oC и дальнейшие операции осуществляли как в примере 1. Результаты представлены в таблице.Example 2. A portion of cellulose 1 g (and.with. Cellulose) was treated with an enzyme preparation with an activity of 30 units / g for 2 hours at 30 ^o C and further operations were carried out as in example 1. The results are presented in the table.

Примеры 3 - 11. Отличаются от примеров 1 и 2 тем, что изменяли расход ферментного препарата в интервале 50 - 150 ед./г, концентрацию массы 5 - 10%, время 1 - 4 ч при 30 - 50^oC, далее обрабатывали трилоном Б и отбеливали 3 - 4% раствором пероксида водорода в присутствии силиката натрия в 4%-ном растворе NaOH при 90^oC в течение 2 - 3 ч. Результаты представлены в таблице.Examples 3 to 11. Differ from examples 1 and 2 in that they changed the consumption of the enzyme preparation in the range of 50 - 150 units / g, the mass concentration of 5 - 10%, the time is 1 - 4 hours at 30 - 50 ^o C, then they were treated with trilon B and bleached with a 3-4% hydrogen peroxide solution in the presence of sodium silicate in a 4% NaOH solution at 90 ^o C for 2 to 3 hours. The results are presented in the table.

Пример 12. Навеску целлюлозы 1 г обрабатывали (в условиях аналога) в течение 2 ч ферментным раствором с ксиланазной активностью 100 ед./г при концентрации массы 5%, затем после ступени хелатирования проводили пероксидную отбелку при расходе H₂O₂ 3% и MgSO₄ 0.5% в течение 1 ч при 80^oC. Белизна полученного образца составила 75.5%.Example 12. A portion of cellulose 1 g was treated (under analogue conditions) for 2 hours with an enzyme solution with xylanase activity of 100 units / g at a mass concentration of 5%, then, after the chelation step, peroxide bleaching was performed at a flow rate of H ₂ O ₂ 3% and MgSO ₄ 0.5% for 1 h at 80 ^o C. The whiteness of the obtained sample was 75.5%.

Пример 13 (прототип). Лиственную сульфатную целлюлозу (жесткость 19.9 ед. Каппа) подвергали обработке ферментным препаратом из Trichoderma reesei с ксиланазной активностью 50 ед./г в течение 2 ч при концентрации массы 5%, затем после ступени хелатирования проводили пероксидную отбелку при концентрации H₂O₂ 3% и расходе NaOH 1.5%, MgSO₄ 0.5% в течение 1 ч при 80^oC. Белизна полученного образца составила 64.2%.Example 13 (prototype). Hardwood sulphate pulp (hardness 19.9 Kappa units) was treated with an enzyme preparation from Trichoderma reesei with xylanase activity of 50 units / g for 2 hours at a mass concentration of 5%, then peroxide bleaching was performed at a concentration of H ₂ O ₂ 3% after the chelation step and the consumption of NaOH 1.5%, MgSO ₄ 0.5% for 1 h at 80 ^o C. The whiteness of the obtained sample was 64.2%.

Из представленных результатов следует, что с использованием предварительной ферментной обработки получается целлюлоза с более высокой белизной, чем в контрольном опыте. Для биологической отбелки впервые применен ферментный препарат A. heteromorphous с ксиланазной активностью 300 - 500 Е/г. При варьировании количества фермента наивысшие результаты по белизне целлюлозы были достигнуты при расходе фермента 100 Е/г целлюлозы. Изменение длительности ферментативной стадии приводило к увеличению белизны образца после щелочной промывки до 53 - 58% ISO. Достаточным временем для подобного увеличения белизны является 2 - 2.5 ч. Температурный интервал работы фермента 30 - 50^oC. При варьировании концентрации массы на стадии ферментативной обработки оптимальной оказалась 7.5%. В результате биологической отбелки в оптимальных условиях белизна целлюлозы увеличилась с 48 до 58%. После пероксидной отбелки (опыт 1) была получена целлюлоза с белизной 84.5% ISO.From the presented results it follows that using preliminary enzymatic treatment, cellulose with a higher whiteness is obtained than in the control experiment. For biological bleaching, the enzyme preparation A. heteromorphous with xylanase activity of 300-500 U / g was used for the first time. By varying the amount of enzyme, the best results on the pulp whiteness were achieved with an enzyme consumption of 100 U / g cellulose. Changing the duration of the enzymatic stage led to an increase in the brightness of the sample after alkaline washing to 53 - 58% ISO. Enough time for such an increase in brightness is 2 - 2.5 hours. The temperature range of the enzyme is 30 - 50 ^o C. When varying the concentration of the mass at the stage of enzymatic treatment, the optimum was 7.5%. As a result of biological bleaching under optimal conditions, the pulp whiteness increased from 48 to 58%. After peroxide bleaching (experiment 1), cellulose with a whiteness of 84.5% ISO was obtained.

Таким образом, применение изобретения позволяет увеличить белизну целлюлозы в конечном итоге на 5% ISO по сравнению с контрольными опытами в результате введения в схему отбелки ступени ферментативной обработки и тем самым увеличить конечную белизну целлюлозного полуфабриката до 82 - 84.5%, исключив использование хлорсодержащих реагентов. Thus, the application of the invention allows to increase the whiteness of cellulose in the end by 5% ISO compared to control experiments as a result of introducing an enzymatic treatment step into the bleaching scheme and thereby increase the final whiteness of the cellulose prefabricated to 82 - 84.5%, eliminating the use of chlorine-containing reagents.

Claims

The method of bleaching hardwood sulfate cellulose by preliminary exposure to enzymes followed by treatment with hydrogen peroxide in an alkaline medium, characterized in that the unbleached cellulose is preliminarily exposed to the enzyme preparation Aspergillus heteromorphous xylanase with an activity of 30-150 U / g cellulose at a mass concentration of 5-10% for 1 - 4 hours at a temperature of 30 - 50 ^o C.