بخشی از مقاله
استفاده از فناوری بیوتکنولوژی آنزیمی جهت بازیافت کاغذ باطله در راستای حفاظت از
جنگلها
چکیده
بهطورمعمول برای تهیه خمیرکاغذ از چوب یا ضایعات سلولزی و از روشهای شیمیایی مانند روش »بازی« (با سود (NaOH و روش »کرافت« (با سولفیت (Nelsthesl استفاده میشود که به علت ارزش بالای درختان و تأثیر درختان در پاکیزگی هوا درنتیجه امروزه دیگر استفاده از درختان در صنایعی چون کاغذسازی مقرونبهصرفه و اقتصادی نیست، بلکه میتوان از ضایعات سلولزی مانند پنبه، ویسکوز، جوت، کنف و چرخههای بازیافتی کاغذ باطلهها برای تهیه خمیرکاغذ به کار گرفت چون ازنظر کیفیت، بهترین کاغذها از الیاف کتان و پنبه و سپس کاج و نیشکر به دست میآیند. فرآیندهای کنونی خمیر سازینسبتاً غیرموثر و به لحاظ زیستمحیطی مسئلهدار هستند ازاینرو نیاز به فرآیندهای جدید احساس میشود. فناوری بیوتکنولوژی آنزیمی پتانسیل لازم جهت افزایش کیفیت و تأمین ماده اولیه خمیر و کاغذ، کاهش هزینههای ساخت و فراهم آوردن محصولات جدید و باارزش را دارا و قادر به کاهش دادن مشکلات زیستمحیطی و اصلاح خصوصیات فیبر است. در عملیات تولید خمیرکاغذ به روش شیمیایی ازنظر زیستمحیطی با مشکلات ویژهای در خصوص پاک کردن حلالها، پس از عملیات بازیافت روبهرو هستیم. به علت شیمیایی بودن این حلالها، مواد یادشده ازنظر محیط زیستی خطرناک هستند، اما اگر جایگزینی عملیات شیمیایی با روشهای بیوشیمیایی اتفاق بیفتد میتوان امیدوار بود که مشکلات زیستمحیطی کاسته شود. آنزیمها برخلاف حلالهای شیمیایی بهراحتی با تغییر شرایط محیطی غیرفعال میشوند. در این مقاله سعی شده است نحوه استفاده از فناوری بیوتکنولوژی آنزیمی جهت تولید کاغذ از ضایعات سلولزی و بازیافت کاغذ باطلهها موردبررسی قرار دهد.
کلمات کلیدی: بیوتکنولوژی، آنزیم، بازیافت، کاغذ باطله
1
مقدمه
از اوایل قرن 11 میلادی بود که با افزایش جمعیت و مصرف سرانه کشورها بر میزان ضایعات و مواد ضایعاتی افزوده شد. با توجه به روند رشد موجود، کشورها تمهیداتی در خصوص از بین بردن زبالهها و ضایعات اتخاذ کردند. ازجمله این تصمیمات میتوان به مدفون کردن زبالهها در نقاط خارج شهر، سوزاندن زبالهها و ضایعات، خرد و ذوب کردن ضایعات پلاستیکی و... اشاره کرد. یکی از روشهای نوین از بین بردن زباله و ایجاد قابلیت استفاده دوباره از مواد ضایعاتی، عملیات بازیافت است. از عملیات بازیافت میتوان به روش شیمیایی (بهواسطه حلالهای شیمیایی مانند حلال اسیدی و بازی) و روشهای بیوشیمیایی بهوسیله مواد آنزیمی اشاره کرد.
بازیافت به آمادهسازی مواد برای استفادهی مجدد گفته میشود. موادی که معمول قابل بازیافت میباشند عبارتاند از آهنآلات قراضه، آهن، پلاستیک، شیشه، کاغذ، مقوا و برخی مواد شیمیایی زباله که به کود کمپوست تبدیل میشود. بازیافت از به هدر رفتن منابع سودمند و سرمایههای ملی جلوگیری میکند و مصرف مواد خام و مصرف انرژی را کاهش میدهد. با این کار، تولید گازهای گلخانهای نیز کاهش مییابد. بازیافت مهمترین مفهوم در مدیریت پسماند است.
منشأ مواد بازیافتی یا به عبارتی بازیافتنیها، بیشتر، منازل مسکونی و صنایع هستند. برای آسانتر کردن امر بازیافت معمولاً دو نوع جداسازی مواد صورت میگیرد که »تفکیک در مبدأ« و »تفکیک در مقصد« نام دارند. تفکیک در مبدأ در سطح شهر و خیابانها و فروشگاهها از طریق سبدها و سطلهای جداسازی مواد انجام میشود ولی برای تفکیک در مقصد باید مکان ویژهای به نام مرکز بازیافت مواد در نظر گرفته شود که در این مرکز بازیافت، مواد بازیافتی و غیرقابلبازیابی دستهبندی میشوند. بسیاری از فروشگاهها و کارخانههای بزرگ مواد زائد مانند قوطیهای کنسرو، بطریهای شیشهای و روزنامههای باطله را بهمنظور بازیافت از مشتری بازخرید میکنند.
امروزه حدود 58 میلیون تن کاغذ باطله در سطح جهان –عمدتاً بهمنظور تهیه جعبههای بستهبندی به مصرف میرسد و در برخی کشورهای اروپایی حدود 19٪ مقواها و کاغذهای بستهبندی بازیافتی هستند که حداقل 18 درصد این محصولات برای بستهبندی مواد خوراکی مورداستفاده قرار میگیرند (میرحیدری استرآبادی، .(1111
2
در کشور ایران نیز با توجه به محدودیت منابع جنگلی وعدم توانایی منابع داخلی برای تأمین کاغذ و مقوای نیاز کشور و هزینههای زیاد واردات این مواد و همچنین با توجه به اینکه در برنامه سوم توسعه کشور با تصمیم شورای عالی الگوی مصرف، مقرر است بخش عمدهای از نیاز مواد اولیه- بهخصوص در مورد سلولز – از طریق بازیافت تأمین گردد، ضرورت توجه بیشتر به مقوای بازیافتی و ویژگیهای میکروبی، فیزیکی و شیمیایی آن مشخص میگردد (میرحیدری استرآبادی، .(1111
هدف از این مقاله بهطور خلاصه چگونگی و کاربرد زیستفناوری آنزیمی در مورد بازیافت کاغذ باطلهها در راستای حفاظت از جنگاها و مراتع میباشد.
با توجه به اینکه صنعت نمدمالی در خاور دورسنّتو متداول بوده فردی چینی به نام تسائی لون 198) میلادی) از قطعات کهنه و اضافی ابریشم، خمیر و بعد ورقههایی بهصورت نمد درست کرد و از آن به کمک قلممو برای نقاشی و نوشتن استفاده کرد و بعد بهجای ابریشم، چوب خیزران و درخت توت را بکار گرفت. در حقیقت باید او را اولین مخترع کاغذ (کلمه کاغذ از واژه چینی کاکتز گرفتهشده که نام فارسی آن رخنده یا پرزه است) در دنیا دانست. کارگران چینی که در سال 181 به دست ایرانیان اسیر شدند این فن را با استفاده از کتان و شاهدانه به مردم سمرقند آموختند و بعدها توسط مسلمانان در بغداد، دمشق و حتی مراکش و اسپانیا متداول شد. اولین کارخانه کاغذسازی در سال 1181 در اسپانیا و اولین آسیاب تهیه پودر چوب در سال 1119 در فرانسه تأسیسشده بود. در ایران فعالیت کاغذسازی اولین بار با تأسیس کارخانه مقواسازی و با استفاده از کاغذهای باطله در سال 1111
شمسی در کرج شروع شد و حدود 18 سال است که با تأسیس دو کارخانه کاغذسازی پارس در هفتتپه خوزستان و کارخانه چوب و کاغذ ایران (چوکا) در گیلان، بهصورت یک تکنولوژی مدرن و پیشرفته درآمده است (سبزعلی، .(1151
مواد اولیه تهیه کاغذ
مواد اولیه انواع کاغذ بهطورکلی، مواد سلولزی است که از منابع مختلف تهیه میشوند (سبزعلی، .(1151
-1 ساقه کتان، شاهدانه، پنبه که الیاف بلند (در حدود 1.2 تا 6 میلیمتر) دارند.
-2 ساقه گیاهانی مانند گندم، جو (کاه)، نی، کنف و غیره.
-1 درختانی که برگ سوزنی دارند، مانند کاج (با الیاف بلند) و یا برگپهن، دارند مانند چنار با الیاف کوتاه در حدود 9/8 تا 1/2
میلیمتر
-4 انواع کاغذهای باطله و یا خردهها و قطعات مقوای کهنه
1
-8 الیاف تفاله نیشکر
آیا تمام کاغذهای باطله میتوانند بازیافت شوند؟
تقرباًی %59 کاغذهایی که در منزل جدا میشوند بهطورقطع میتوانند بازیافت شوند؛ اما %29 بقیه را نمیتوان در این چرخه قرار داد. بیشتر بستههای کاغذی که توسط مردم جمع میشود همگی کاغذ نیستند، بلکه مواد زائدی مثل سیم، منگنه، گیره کاغذ و پلاستیک هستند که در طی مراحل بالا باید جدا شوند. این مواد مانند آشغالهای شما در زیرخاک مدفون میشوند. کاغذهایی که در منزل جدا کردهاید شاید شامل فیبرهایی باشد که از قبل بازیافت شدهاند. (شاید دوباره یا چندباره!) فیبرهای چوبی 8 الی 1
بار قبل از اینکه کوتاه و شکننده شوند قابل بازیافت خواهند بود (سبزعلی، .(1151
کاغذهای جداشده شامل مواد دیگری که فیبر نمیباشند خواهند بود. شما میتوانید به یک مجله نگاه کنید تا بفهمید منظور ما چیست؟! کاغذهای چاپشده پرجوهر. اگر صفحهها براق باشند،قطعاًتوسط خاک رس یا مواد دیگر جلا دادهشدهاند (coated).
مجلهها همچنین شامل مواد چسبندهای که موجب می شود کاغذها در کنار هم قرار بگیرند هستند. جوهر، جلا و مواد چسبنده قبل از اینکه کاغذ بازیافت شده به دست آید از آن پاک میشود (سبزعلی، .(1151
هنگامیکه جوهر از کاغذ برداشته میشود چه بر سر آن میآید؟
همانطور کهقبلاًگفته شد، جوهر و چسب در کف تولیدشده در مرحله Flotation deinking گیر میکنند. این مواد همگی جمع میشوند و بیشتر آب آن گرفته میشود و دوباره مورداستفاده قرار میگیرد. مواد باقیمانده که هنوز شامل 19 الی %89 آب میباشند همچنین شامل فیبرهای ریزی میباشد که طی فرآیند Deinking از pulp جداشده است. این مواد را میتوان سوزاند، یا به کود تبدیل کرد، یا در زیرخاک مدفون کرد. همچنین میتوان از آنها در ساخت بتون یا شن برای آسفالت کردن خیابانها استفاده کرد. البته بسته به نوع کاغذ روشهای مختلفی وجود دارد. بهطور مثال درروش Deinking به ازای هر 199999 پوند کاغذ جداشده، 1899 پوند جوهر، چسب و فیبرهای کوچک خواهیم داشت (سبزعلی، .(1151
فنآوری زیستی برای تأمین و افزایش کیفیت مواد اولیه صنایع خمیر و کاغذ، کاهش هزینههای تولید و معرفی محصولاتی جدید باارزش افزوده زیاد، دارای پتانسیل مناسب است. فناوریهای آنزیمی جدید قادرند مشکلات زیستمحیطی را کاهش داده و ویژگیهای الیاف را بهبود بخشند. ازآنجاکه صنایع خمیر و کاغذ دارای تجهیزات بسیار تخصصی و از نوع سرمایهبر میباشد، بسیار
1
مهم است که فناوریهای جدید پیشنهادی، قابلیت کاهش هزینهها و یا تطابق آسان با فرآیندهای طراحیشده موجود را داشته باشند (حمصی، .(1151
امروزه سعی میشود تا از مواد غیرچوبی نیز جهت ساخت کاغذ استفاده شود تا ضمن کاهش هزینه بازیافت، هزینه تولید و خسارتهای زیاد وارده به مواد چوبی که جهت تولید کاغذ استفاده میشوند کاهش یابد؛مثلاًگیاه کنف ( Hibiscus cannabinus
(L. که بومی آفریقا، گیاهی یکساله از خانواده مالواسه (Malvaceae) بوده مدتهاست بهعنوان یکی از منابع غیرچوبی جهت تهیه خمیرکاغذ در بسیاری از نقاط جهان بهویژه مالزی و تایلند کشت میشود. این گیاه در مناطق مختلف ایران ازجمله گرگان، ورامین و. قابلکشت است (فائزی پور .(1111 اخراًیتوجه ویژه ای به استفاده از کنف بهعنوان جایگزین مواد اولیه لیگنوسلولزی چوبی برای تهیه خمیرکاغذ شده است (2911) Hossain)؛ (2912) Bahtoee؛ (2919) Shakhes؛ (2991) Villar؛ .((2919) Mossello
بر طبق تازهترین گزارشات تولید جهانی الیاف طبیعی، تولید جهانی کنف 1/6 درصد بوده است که پس از پنبه و جوت بیش-
ترین مقدار را به خود اختصاص داده است (Johansson et al. 2012)، البته با توجه به منشأ طبیعی نانو الیاف سلولزی بدیهی است که این موادکاملاًدوستدار محیطزیست و زیست تخریبپذیر میباشند که ضمن جایگزینی با برخی تقویتکنندههای مصنوعی میتوانند از بار آلودگی محیطزیست بکاهند. در تهیه نانو الیاف سلولزی، تاکنونعمدتاًاز خمیرکاغذ رنگبری شده حاصل منابع لیگنوسلولزی مختلفی مثل پنبه، کنف، کتان، گندم، بامبو چغندرقند، الیاف باکتری، ساقه موز و الیاف چوب پهن برگان و سوزنیبرگان، استفادهشده است .(Klemm et al. 2011)
تهیه نانو الیاف سلولزی از خمیرکاغذ رنگبری نشده منابع لیگنوسلولزی اخراًیموردبررسی قرارگرفته است که نشان دهنده دستاوردهای جالب توجه ای بوده است .(Spence et al. 2010abc) درواقع نانو الیاف لیگنوسلولزی میتواند با استفاده از پیش-
تیمار مناسب و بهدنبال آن همگنسازی با فشار زیاد تولید شود.معمولاً نانو سلولز لایهلایه شده بهطور کامل از خمیر کنف مشابه خمیر چوب، حاوی میکرو الیاف بلند (در دامنه میکرومتر) و نازک (قطر 199-29 نانومتر) میباشد که ظاهری بسیار چسبناک و ژلمانند دارد (Jonoobi et al. 2009 & 2011)، تحقیقات اخیر در حوزه نانو فناوری در رابطه با نانو سلولز، از یکسو بر روی یافتن روشهای تولید با مصرف حداقل انرژی بهصورت کارآمد شامل انواع تیمارهای فیزیکی، شیمیایی و آنزیمی قبل از همگن-
سازی متمرکز شدهاند و از سویی دیگر بهدنبال اصلاح خصوصیات نانو الیاف سلولزی میکروفیبریله شده بهعنوان نوعی نانو سلولز
