بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله مروری بر دستاوردهای پژوهشی اخیر در زمینه استفاده از روشهای زیستفناوری در تولید خمیر حلشونده به روش سولفیت اسیدی میباشد. تحقیقات نشان داده است که خمیرسازی زیست سولفیت چوب اکالیپتوس بهوسیله قارچ پوسیدگی سفید Subvermispora ceriporiopsis هم در خمیرسازی و هم در رنگبری موجب بهبود گزینش پذیری انتخابی در تولید خمیر حلشونده شده است. استفاده از آنزیم زایلاناز موجب افزایش روشنی نهایی در رنگبری خمیرهای حلشونده میشود. افزایش روشنی میتواند موجب صرفهجویی در مصرف دی اکسید کلر شود که این به نوبه خود موجب کاهش AOX و کلرید در پساب واحد رنگبری میگردد.
-1مقدمه
به طور کلی به خمیرهایی که دارای مقدار بالایی آلفا سلولز 90 - تا 98 درصد - و مقدار همیسلولز - پنتوزان - و لیگنین آن خیلی کم و مواد معدنی و خاکستر آن نیز بسیار ناچیز است، خمیر حلشونده گویند. از این خمیرها برای تولید محصولاتی همچون سلوفان و رایون - بعد از بازسازی سلولز از زانتات سلولز - ، استرهای سلولز - استات، نیترات، پروپیوناتها و بوتیراتها - و اترهای سلولز - کربوکسی متیل سلولز، متیل و اتیل سلولز - استفاده میکنند
بهعنوان مثال استاتهای سلولز به طور گسترده در فیلمها، قاب عینک، فیلتر سیگار و ... استفاده میشود درحالیکه کربوکسی متیل سلولز میتواند بهعنوان یک تغلیظ کننده و یا پاککننده در وسایل آرایشی و ... استفاده شود. در مقایسه با خمیرهای مورد استفاده برای کاغذسازی، وجود همیسلولزها در خمیرهای حلشونده نامطلوب است و در طی پروسه خمیرسازی و رنگبری از خمیر خارج میشوند. بااینحال بخشی از همی سلولزها - عمدتاً زایلن در پهن برگان و مانان در سوزنیبرگان - بعد از مرحله رنگبری در خمیر باقی میمانند و مشکلات خاصی را در روند تولید ویسکوز ایجاد میکنند
خصوصیات استحکامی ویسکوز به شدت تحت تأثیر میزان همی سلولز موجود در خمیر حلشونده میباشد. درجه پلیمریزاسیون بالاتر خمیر موجب افزایش قدرت استحکامی محصول نهایی میشود. همچنین بازده حاصل از تبدیل سلولز به مشتقات خاص به میزان زایلن و مانان موجود در خمیر حلشونده بستگی دارد. بالا بودن بازده در ویسکوز نیازمند پایین بودن میزان همی سلولز در خمیر میباشد. همچنین کاهش در واکشیدگی الیاف و سرعت نفوذ قلیا در الیاف سلولز به علت وجود زیاد همیسلولز در خمیر میباشد. خواص نوری استات و نیترات سلولز میتواند تحت تأثیر منفی آلایندههای همیسلولز باشد
از سوی دیگر سطح بالای روشنی مورد نیاز در تولید خمیر حلشونده نشاندهندهاین است که خمیر سلولز تقریباً عاری از لیگنین است. بنابراین لیگنین و همیسلولز در فرایند تولید خمیر حلشونده باید به طور کلی حذف شوند تا بهراحتی سلولز به محصول نهایی تبدیل شود
انتشار پساب واحد رنگبری با میزان بالای AOX به داخل آب رودخانه تبدیل به یک مشکل عمده زیستمحیطی برای صنعت خمیر و کاغذ در طی سالهای گذشته شده است. استفاده از کلر یکی از مراحل رنگبری خمیر میباشد. این مرحله شامل استفاده از کلر یا دی اکسید کلر برای حذف لیگنین باقیمانده در خمیر میباشد. کلر و دی اکسید کلر با لیگنین موجود در خمیر بهصورت ترکیبات آلی کلر واکنش میدهند
پساب حاوی کلر و لیگنین بسیار رنگی میباشد و میتواند مشکلات جدی محیط زیستی ایجاد کند زیرا این ترکیبات در یک قسمت سمی و جهشزا میباشند. علاوه بر این غلظت بالای کلر در پساب به خورندگی آن کمک میکند. رنگی بودنپساب عمدتاً به دلیل حل شدن لیگنین و مشتقات آن در پساب میباشد. پساب واحد رنگبری کرافت ناشی از مرحله اول استخراج قلیایی - E - شامل %80 ترکیبات رنگی، %30 اکسیژن خواهی بیوشیمیایی - BOD - و %60 اکسیژن خواهی شیمیایی - COD - به کل بار آلودگی کارخانه میباشد، هرچند حجم آنها بسیار پایین میباشد
استفاده از قارچ پوسیدگی سفید قبل از پخت - زیست خمیرسازی - یا استفاده از آنزیمها - زایلاناز، لاکاز و... - قبل از رنگبری - زیست رنگبری - در حال تبدیلشدن به گزینههایی مناسب برای بهبود گزینشپذیری این فرایندها و کم کردن بارهای شیمیایی سنگین در زمان خمیرسازی و رنگبری میباشد
استفاده از آنزیمها به طور غیرمستقیم به حفظ محیط زیست نیز کمک میکند. کاهش هزینههای رنگبری در نتیجه استفاده از آنزیمها، امکان بازیافت الیاف را برای تولیدکنندگان فراهم نموده و در نتیجه، تقاضا برای استفاده از منابع جنگلی را کاهش داده است. استفاده از زایلاناز در رنگبری، بدون لزوم ایجاد تغییر در فرآیند موجود، موجب صرفهجویی در هزینه مواد شیمیایی میشود. این فناوری در هر دو فرآیند 1 - ECF - و 2 - TCF - سرعت رنگبری را افزایش داده و از طریق رفع تنگناهای موجود در بخش تولید دی اکسیدکلر، بازده رنگبری را بهبود بخشیده است
اگرچه روشهای فیزیکی و شیمیایی مورد استفاده برای حذف کلروارگانیکها در بی رنگ کردن پساب واحد رنگبری بسیار موثر است ولی این روش به دلیل هزینه بر بودن در واحدهای صنعتی کمتر استفاده میشود. بااینحال روشهای بیولوژیکی برای تصفیه پساب - بهعنوان مثال با استفاده از میکروارگانیسمها - علاوه بر حذف رنگ دارای مزیت مقرونبهصرفه بودن میباشد علاوه بر این میتواند BOD و COD پساب را کاهش دهد .[20] برخی از مزایای استفاده از روشهای زیستفناوری در تولید خمیرکاغذ رنگبری شده عبارتاند از: صرفهجویی در استفاده از مواد شیمیایی برای خمیرسازی و رنگبری، بهبود کیفیت خمیر، بهبود در کیفیت پساب
فنآوری زیستی برای تأمین و افزایش کیفیت مواد اولیه صنایع خمیر و کاغذ، کاهش هزینههای تولید و معرفی محصولاتی جدید با ارزش افزوده زیاد، دارای پتانسیل مناسبی است. فناوریهای آنزیمی جدید قادرند مشکلات زیست محیطی را کاهش داده و ویژگیهای الیاف را بهبود بخشند. از آنجا که صنایع خمیر و کاغذ دارای تجهیزات بسیار تخصصی و از نوع سرمایهبر میباشد، بسیار مهم است که فناوریهای جدید پیشنهادی، قابلیت کاهش هزینهها و یا تطابق آسان با فرآیندهای طراحی شده موجود را داشته باشند
از این رو استفاده از زیست خمیرسازی3 و زیست رنگبری4 در تولید خمیر حلشونده بهوسیله سولفیت اسیدی در سالهای اخیر مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف اصلی از برنامه زیستفناوری در این تحقیق توسعه فرایندهای زیستی جدید در تولید خمیر حلشونده میباشد.
-2خمیرسازی زیست سولفیت
2-1 تأثیر بر روی ویژگیهای خمیر حلشونده رنگبری نشده
از سویههای قارچهای پوسیدگی سفید برای ارزیابی خمیرسازی بیوسولفیت - زیست سولفیت - خرده چوبهای اکالیپتوس مورد بررسی قرار گرفت
خرده چوبهای آمیختهشده با قارچ به مدت 10 روز تحت تیمار قرار گرفتند و سپس نتایج با خمیرسازی سولفیت استاندارد مقایسه شد - جدول . - 1 در همهی موارد نمونههایی که بهوسیله بایوسولفیت خمیرسازی شدند نسبت به نمونه شاهد بازده پایینتری داشتند. قارچ Ceriporiopsis subvermispora SS-3 قادر به کاهش کاپا به میزان %24 و درعینحال افزایش روشنی به میزان 6 واحد نسبت به خمیر شاهد بود
در بقیه نمونههای تحت تیمار ظاهراً همراه با کاهش بازده درصد لیگنین خمیر افزایش یافته بود. به طور مشابه اسکات و همکاران گزارش دادند که خمیرسازی بیوسولفیت بهوسیله قارچ C. subvermispora SS-3 به مدت دو هفته، عدد کاپا را در کاج به میزان %21 کاهش داده است درحالیکه تیمار نوئل بهوسیله C. subvermispora CZ-3 به مدت دو هفته منجر به کاهش %22 عدد کاپا نسبت به نمونه شاهد شده است .[22] همچنین هیچگونه ارتباطی بین عدد کاپا و روشنی خمیر مشاهده نشد.
جدول - 1 - تأثیر خمیرسازی سولفیت زیستی بر روی ویژگیهای خمیر حلشونده رنگبری نشده از درخت اکالیپتوس
