بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به اهمیت سرعت آبگیري خمیر کاغذ در میزان تولید، و مصرف انرژي در قسمت خشک کن، تخقیق حاضر به مطالعه ي تاثیر آنزیم سلولاز بر این ویژگی االیاف میپردازد. نمونه خمیر کاغذ 1 - CMP - مورد استفاده در این پژوهش، از کارخانه چوب و کاغذ مازندران تهیه گردید.
آنزیم سلولاز حاصل از قارچ Trichodema reesei ، با مقادیر مختلف 0/01، 0/03، 0/05، 0/07و 0/1 درصد - براساس وزن خشک خمیر - ، در مرحله قبل از پالایش، بر خمیر با درصد خشکی5، درمحدوده pH 5/5-6 ، دماي40- 50 °C و طی مدت 30 دقیقه، تاثیر داده شد.
سپس نمونه هاي بدون تیمار و تیمار شده آنزیمی، تحت پالایش با دستگاه کوبنده2 قرار گرفتند و درجه روانی 3 - CSF - آنها، مطابق استاندارد T 227 om-99 در فواصل زمانی اندازه گیري شد. با در نظر گرفتن درجه روانی 250±25 بعنوان درجه روانی هدف، زمان رسیدن به این فاکتور که معیاري براي اندازه گیري سرعت آبگیري است در تمام نمونه ها مشخص گردید. نتایج حاصل نشان داد که با افزایش مقدار مصرف آنزیم، زمان رسیدن به درجه روانی هدف، روندي افزایشی داشته است. علاوه بر این در زمان پالایش یکسان، افزایش مقدار مصرف آنزیم موجب بهبودي در آبگیري از خمیر کاغذ شد که دلایل این تغییرات در آبگیر ي به تفصیل مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.
مقدمه
با توجه به رشد روز افزون جمعیت و افزایش مصرف سرانه کاغذ و به دنبال آن تخریب شدید جنگلها و مشکلات زیست محیطی ناشی از آن لزوم بررسی و بهکارگیري روشهاي جدید و بهبود فرایندهاي متداول در صنعت خمیر و کاغذ آشکار است. از این رو، فنآوريهاي زیست آنزیمی براي تأمین و افزایش کیفیت مواد اولیه صنایع خمیر و کاغذ، کاهش هزینههاي تولید و انرژي پالایش، کاهش مشکلات زیست محیطی، بهبود ویژگی الیاف و معرفی محصولات جدید با ارزش افزوده زیاد، داراي پتانسیل مطلوبی بوده و به عنوان راهکاري استراتژیک مطرح است . صنایع خمیر و کاغذ جهت استفاده از آنزیمها نیازمند آشنایی کامل با شرایط بهینه استفاده از آنها میباشد.
با توجه به اینکه آنزیم یک ماده بیوشیمیایی است و در شرایط محدود دما و pH فعالیت بهینه دارد،تغییرات جزئی این عوامل میتواند بر میزان فعالیت این مواد موثر باشد.در دو دهه گذشته آنزیم سلولاز بطور گسترده مورد مطالعه و تحقیق قرار گرفته و مکانیسم واکنش آن، در سطح مولکولی آشکار شده است. سلولاز در اصلاح تیشو، کاهش انرژي پالایش، اصلاح سطح الیاف، بهبود آبگیري و در فرایند مرکب زدایی کاربرد دارد
جکسون و همکاران دریافتند با تیمار آنزیمی دوغاب خمیر کرافت سوزنیبرگان با سلولاز و همیسلولاز، نرمهها حذف و در نتیجه با باقی ماندن الیاف طویل در خمیرکاغذ، درجه روانی بدون کاهش خصوصیات مقاومتی کاغذ بهبود حاصله مییابد - . - 4 در این تحقیق به بررسی تاثیر سلولاز در بهبود آبگیري میپردازیم، آبگیري بیشتر به مفهوم سرعت تولید بیشتر ماشین کاغذ میباشد که در صورت حذف مقادیر بیشتر آب در قسمت شکلگیري ماشین کاغذ، انرژي مصرفی در قسمت هاي متعاقب پرس و خشک کنی کاغذ بطور قابل ملاحظهاي کاهش خواهد یافت. از آنجا که قسمت خشک کنی در فرآیند کاغذ سازي بیشترین مقدار مصرف انرژي را به خود اختصاص میدهد، افزایش مقدار آبگیري صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژي به دنبال خواهد داشت.
مواد و روش ها:
خمیر کاغذ - CMP - مورد نیاز، از کارخانه چوب و کاغذ مازندران واقع در نزدیکی شهر ساري تهیه گردید. آنزیم سلولاز تهیه شده از شرکت SIGMA-ALDRICH و میکروارگانیسم تولید کننده آن قارچ Trichoderma reesei بوده است.پس از تعیین درصد رطوبت، نمونهي خمیرکاغذ در مرحلهي قبل از پالایش، در شرایط ثابت 5/5- 6 pH، درصد خشکی 5، دماي °C 40-50 و زمان 30 دقیقه، ودر مقادیر مختلف آنزیمی 0/01، 0/03، 0/05، 0/07و 0/1 درصد - براساس وزن خشک خمیر - ، در کیسههاي پلاستیکی تحت تیمار آنزیمی قرار گرفتند. تنظیم pH با اسید سولفوریک و متوقف ساختن فعالیت آنزیم با پراکسید هیدروژن 35 درصد انجام شد . نمونه تیمار نشده ونمونه هاي تیمار شده آنزیمی تحت پالایش با دستگاه کوبنده آزمایشگاهی Valley Beater ساخت شرکت L&W قرار گرفتند. سپس درجه روانی - CSF - مطابق استاندارد T 227 om-99در فواصل زمانی معین با در نظر گرفتن درجه روانی 250±25، بعنوان هدف اندازه گیري شد.
نتایج و بحث:
پالایش از طریق دو مکانیسم لیفی کردن و تولید نرمه الیاف، بر سرعت آبگیري تاثیر میگذارد. آنزیمهاي سلولاز و همی سلولاز در افزایش درجه روانی و لیفی کردن الیاف دخالت دارند، مخصوصا در الیاف بازیافتی با حذفه نرمهها باعث افزایش سرعت آبگیري و در نتیجه سرعت تولید میشوند . - 3 - درجه روانی در وافع بیانگر ویژگیهاي الیاف در حفظ یا از دست دادن آب می باشد، مقادیر زیاد درجه روانی CSF، نشان دهندهي تمایل بیشتر الیاف به از دست دادن آب و در نتیجه آبگیري بیشتر از خمیرکاغذ خواهد بود.
یکی از عوامل مهم تاثیر گذار بر درجه روانی، میزان نرمه الیاف موجود در خمیر کاغذ است. نرمه الیاف با انسداد مسیر توري آبگیري، موجب کاهش سرعت خروج آب از خمیر کاغذ میشود. از سوي دیگر میزان لیفی شدن سطح الیاف در اثر پالایش موجب افزایش سطح ویژه و ایجاد میکرو فیبریل هاي سلولزي به صورت کرکی در سطح الیاف میشود که تمایل زیادي به جذب آب و نگهداشتن آب در خود دارند. در مقالات گوناگون بر تاثیر آنزیم سلولاز بر درجه روانی نهایی و کاهش میزان نرمه الیاف موجود در خمیر کاغذ اشاره شده است.
در تحقیقی روي خمیرهاي بازیافتی مشخص شد که آنزیم هاي سلولاز و همی سلولاز از یکسو باعث هیدرولیز بخشی از زنجیره سلولزي شده و از سوي دیگر با حذف نرمه الیاف، سرعت آبگیري را افزایش میدهند. با توجه به اینکه جهت حفظ ویژگیهاي مقاومتی کاغذ حاصل، حضور نرمه الیاف تا حدي ضروري است، تیمار آنزیمی نباید باعث حذف تمامی آنها شود، لذا باید در انتخاب ترکیب و مقدار آنزیم و تمامی شرایط تیمار، نهایت دقت را به عمل آورد، تا علاوه بر بهبود سرعت آبگیري، خواص مقاومتی کاغذ نیز در حد مطلوب حفظ شوند
همچنین در مطالعاتی دیگر، براثر تخریبی نوعی از سلولازها - سلوبیوهیدرولاز - 4، بر میکرو فیبریلهاي سطح الیاف در فرایندي به نام پوست کنی5 اشاره شده که طی آن، در نتیجه تیمار آنزیمی، فیبریلها و دستههاي الیاف که بطور طبیعی تمایل زیادي به جذب آب دارند حذف شده و با باقی ماندن الیاف با آب دوستی کمتر و تسهیل زهکشی، آبگیري بیشتر میشود
همانطور که در شکلهاي 1-5 ملاخظه میشود، با افزودن مفدارآنزیم، مدت زمان پالایش و در نتیجه زمان رسیدن به درجه روانی هدف - - 250±25، افزایش یافته است، بطوريکه در مقایسه بین نمونه بدون تیمار با نمونه تیمارشده آنزیمی 0/1 درصد، افزایش 12 دقیقهاي مدت زمان پالایش قابل ملاحظه است.
شکل -1 نمونه بدون تیمار آنزیمی
شکل -2 تیمارآنزیمی % 0/01
شکل -3 تیمارآنزیمی % 0/03
شکل -4 تیمارآنزیمی 0/05
شکل -5 تیمارآنزیمی % 0/07
شکل -6 تیمارآنزیمی % 0/1
علاوه بر این همانطور که مشخص است در زمان یکسان پالایش، همگام با افزایش مقدار مصرف آنزیم درجه روانی افزایش می یابد. افزایش درجه روانی موجب آبگیري بیشتر در قسمت شکلگیري و افزایش سرعت ماشین کاغذ می گردد.
