唐亞男 李 擘,2,* 王志偉 武書彬 劉道恒

(1.華南理工大學(xué)制漿造紙工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東廣州,510640；2.南京林業(yè)大學(xué)江蘇省制漿造紙科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京,210037；3.廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院，廣西清潔化制漿造紙與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西南寧,530004)

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·微細(xì)膠黏物·

纖維素酶處理后造紙白水微細(xì)膠黏物失穩(wěn)特性研究

唐亞男1李 擘1,2,*王志偉3武書彬1劉道恒1

(1.華南理工大學(xué)制漿造紙工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東廣州,510640；2.南京林業(yè)大學(xué)江蘇省制漿造紙科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京,210037；3.廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院，廣西清潔化制漿造紙與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西南寧,530004)

采用激光、流式技術(shù)結(jié)合熒光示蹤劑示蹤法,對(duì)纖維素酶處理后的辦公廢紙?jiān)旒埌姿⒓?xì)膠黏物的失穩(wěn)特性進(jìn)行研究。通過檢測分析微米級(jí)膠黏物粒子尺寸分布特點(diǎn)及纖維素酶處理后白水體系陽離子需求量和濁度值的變化規(guī)律,探討時(shí)間、溫度和攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)纖維素酶處理后微細(xì)膠黏物粒子失穩(wěn)特性的影響。結(jié)果表明，纖維素酶處理后的微細(xì)膠黏物,隨時(shí)間的持續(xù)延長可能趨于聚集也可能趨于分散,具體與纖維素酶用量有關(guān)；隨溫度的升高,膠黏物微粒分散和聚集同時(shí)發(fā)生,且聚集的趨勢相對(duì)較強(qiáng),最終微細(xì)膠黏物粒子平均粒徑增大；攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)微細(xì)膠黏物的影響與纖維素酶用量有關(guān),用量40 U/L的纖維素酶處理后微細(xì)膠黏物微粒分散效果明顯,而用量80 U/L的纖維素酶處理后微細(xì)膠黏物在剪切作用弱時(shí)分散、在剪切作用強(qiáng)時(shí)聚集。纖維素酶處理后的微細(xì)膠黏物粒子受時(shí)間和溫度影響的變化與白水系統(tǒng)陽離子需求量變化基本一致，纖維素酶處理后膠黏物粒子受時(shí)間、溫度和轉(zhuǎn)速影響的變化可通過濁度值的變化間接體現(xiàn)。

纖維素酶；微細(xì)膠黏物；失穩(wěn)特性

廢紙已成為當(dāng)今制漿造紙行業(yè)最重要的原材料之一,得到了世界各國的重視。近5年來,我國造紙?jiān)现袕U紙所占的比例已經(jīng)連續(xù)超過60%[1],并且仍有繼續(xù)上升的趨勢。雖然廢紙回用有節(jié)約資源、減輕污染和節(jié)省能耗等諸多優(yōu)點(diǎn)[2],但廢紙中殘余的各種雜質(zhì),特別是膠黏性物質(zhì),如油墨載體、膠黏劑、熱熔物、蠟質(zhì)以及木材中的天然樹脂等,給廢紙回用帶來了一系列的問題[3-5],成為當(dāng)前造紙行業(yè)亟待解決的技術(shù)難題。

廢紙?zhí)幚磉^程中的膠黏物根據(jù)所處的環(huán)境分為漿中膠黏物和白水中膠黏物。前者主要以大膠黏物形式存在,可以通過機(jī)械法,如篩選、浮選[6]、凈化等方式有效地去除；而后者主要是以微細(xì)膠黏物的形式存在,因其體積較小,表面物理化學(xué)特性復(fù)雜,且與白水中的細(xì)小纖維和填料等細(xì)小組分混雜在一起,不宜采用機(jī)械法處理,而通常采用化學(xué)法[7-10],如添加吸附劑、脫黏劑、分散劑、固著劑、助留劑和鈍化劑等進(jìn)行控制。近年來，生物酶技術(shù)因其高效性、專一性、對(duì)環(huán)境無污染等特點(diǎn)也開始逐步應(yīng)用于廢紙回用過程[11]，目前應(yīng)用較多的酶有纖維素酶、酯酶等[12-15]。其中,纖維素酶主要是水解纖維或者細(xì)小纖維表面的糖苷鍵,促使與纖維或者細(xì)小纖維夾雜在一起的膠黏物粒子因糖苷鍵斷裂而分散成若干小尺寸粒子,然后再與其他處理手段配合進(jìn)行后續(xù)的處理[16]；酯酶主要針對(duì)膠黏物組分中起黏附作用的酯鍵,降低膠黏物粒子的黏性,減弱其沉積、黏附及再聚集的性能[17]。生物酶技術(shù)應(yīng)用于廢紙膠黏物處理已成為當(dāng)前非常有潛力的一個(gè)研究方向。

但是,現(xiàn)有的生物酶作用于膠黏物的研究多側(cè)重在酶對(duì)紙漿中大膠黏物的影響方面,而對(duì)于白水中的小膠黏物在各種因素影響下的樹脂失穩(wěn)沉積的研究雖然曾有報(bào)道[18-22],但是針對(duì)酶作用后的微細(xì)膠黏物問題,鑒于當(dāng)前對(duì)微細(xì)膠黏物的有效檢測手段有限,以及白水體系中細(xì)小組分表面復(fù)雜的物理化學(xué)特性等原因,相關(guān)的研究還鮮有報(bào)道。

本研究采用一種較為新穎的微細(xì)膠黏物檢測技術(shù),綜合了激光技術(shù)、流式技術(shù)和熒光示蹤劑法,結(jié)合信號(hào)采集、轉(zhuǎn)化等信息處理技術(shù),對(duì)辦公廢紙?jiān)旒埌姿谐叽绶秶?.45～100 μm的微細(xì)膠黏物粒子的尺寸分布進(jìn)行檢測,分析時(shí)間、溫度和攪拌剪切作用對(duì)纖維素酶作用后的白水微細(xì)膠黏物穩(wěn)定特性的影響,并結(jié)合白水體系陽離子需求量(CD值)和濁度等指標(biāo)的變化對(duì)其失穩(wěn)后的尺寸分布特性和規(guī)律進(jìn)行分析。為生物酶技術(shù)在控制廢紙膠黏物中的高效、廣泛應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)參考。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料及試劑

實(shí)驗(yàn)原料：商品標(biāo)簽紙,涂層為水基聚丙烯酸型膠黏劑；商品靜電復(fù)印紙,規(guī)格A4,定量80 g/m2,兩種紙的配比為1∶49。壓敏膠膠黏物檢測方法參照文獻(xiàn)[23]美國郵政局“環(huán)境友好型膠黏劑”項(xiàng)目中的方法進(jìn)行。按照上述配比分別稱取兩種紙,然后揭去標(biāo)簽紙的隔離紙將其粘貼在靜電復(fù)印紙表面,再放入塑料密封袋中至少平衡72 h備用。

纖維素酶：由廣東某公司提供,有效pH值范圍3～8,有效作用溫度40～60℃。按照纖維素酶活力測定方法測定[24]酶活值,pH值為5.5、溫度50℃時(shí)達(dá)到最佳酶活,其酶活值為7.57 U/mL。

熒光示蹤劑：專用染色劑,主要成分為尼羅紅。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置及儀器

實(shí)驗(yàn)室用高濃碎漿機(jī)(Adirondack Formax Model 450H型)；平篩(Huygen Somervill,篩板篩縫寬度0.10 mm)；動(dòng)態(tài)濾水儀(Cleveland Motion Controls,標(biāo)準(zhǔn)濾網(wǎng),孔徑為75 μm)。

恒溫?fù)u床(KS 4000i)；恒溫水浴鍋(AHYQ HH- 4)；磁力攪拌器(IKA RET basic)；微細(xì)膠黏物測定儀(華南理工大學(xué)制漿造紙工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室改裝)；pH計(jì)(PHS-3)；濁度儀(2100N)；顆粒電荷分析儀(PCA- 04)。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 制漿

將平衡后的原料撕成2 cm×2 cm的碎片,添加熱水,在漿濃15%、溫度(50±1)℃、碎漿機(jī)轉(zhuǎn)速300 r/min條件下碎漿,時(shí)間10 min。

將碎后的漿料加入篩漿機(jī)中篩分,用100目漿袋收集篩后良漿備用。

1.3.2 制備白水

稱取一定量的篩后良漿加去離子水稀釋至2%漿濃,將燒杯放入恒溫水浴鍋中,在50℃條件下攪拌1 h,攪拌轉(zhuǎn)速350 r/min；然后將漿料轉(zhuǎn)入動(dòng)態(tài)濾水儀中,攪拌轉(zhuǎn)子速度為800 r/min,待漿料攪拌均勻且穩(wěn)定后,打開動(dòng)態(tài)濾水儀下面出水口,將濾后的白水排出并用燒杯收集備用。

1.3.3 纖維素酶處理

取200 mL白水加入錐形瓶,調(diào)整pH值為7,添加纖維素酶,用量分別為40 U/L和80 U/L,在恒溫?fù)u床上以溫度(50±1)℃、回旋頻率300 r/min的條件處理60 min。然后置于沸水中5 min進(jìn)行滅活處理。

1.3.4 時(shí)間、溫度和攪拌速度的控制

取1.3.3纖維素酶處理后的白水，采用循環(huán)冷水降溫的方式，將錐形瓶內(nèi)的白水降至室溫。過程中保持錐形瓶內(nèi)磁力攪拌器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為200 r/min。

時(shí)間控制：取上述降至室溫的白水，計(jì)時(shí)15、30、45和60 min,同時(shí)保持錐形瓶內(nèi)的磁力攪拌器轉(zhuǎn)速為200 r/min,然后分別取樣并立即檢測微細(xì)膠黏物及白水體系特性。

溫度控制：取上述降至室溫的白水，用加熱裝置調(diào)整溫度為20、40、50、60和70℃,同時(shí)保持錐形瓶內(nèi)的磁力攪拌器轉(zhuǎn)速為200 r/min,到達(dá)指定的溫度后分別取樣并立即檢測微細(xì)膠黏物及白水體系的特性。

攪拌速度控制：取上述降至室溫的白水，分別以200、400、600、800和1000 r/min轉(zhuǎn)速在磁力攪拌器上攪拌30 min,然后取樣并立即檢測微細(xì)膠黏物及白水體系的特性。

圖1 微粒粒徑與前向散射光(FSC)光強(qiáng)度關(guān)系

圖2 時(shí)間對(duì)纖維素酶處理后的白水微細(xì)膠黏物平均粒徑的影響

1.4 檢測及分析方法

1.4.1 微細(xì)膠黏物檢測方法[25]

白水微細(xì)膠黏物檢測儀是將激光技術(shù)和流式技術(shù)相結(jié)合的顆粒分選顯微熒光脈沖分光光度儀,包括光路系統(tǒng)、液流系統(tǒng)、信號(hào)采集系統(tǒng)以及信號(hào)轉(zhuǎn)換分析系統(tǒng)等4個(gè)部分。樣品在液壓泵的作用下流經(jīng)鞘液形成的渦流中心并通過觀察室,吸附了熒光示蹤劑的微粒發(fā)出熒光信號(hào)經(jīng)激光照射激發(fā)后被信號(hào)采集系統(tǒng)捕集,并根據(jù)其光強(qiáng)度的大小轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)行分析。用標(biāo)準(zhǔn)微球標(biāo)定,微粒的熒光強(qiáng)度與其粒徑呈線性函數(shù)關(guān)系,如圖1所示。修正后,可以得到截距為0的線性方程,并以此作為數(shù)據(jù)分析處理的依據(jù)。由此可見,通過檢測樣品經(jīng)激光激發(fā)后的光信號(hào)強(qiáng)弱即可得到對(duì)應(yīng)微粒的粒徑信息。本實(shí)驗(yàn)中的微細(xì)膠黏物信息均采用該方法檢測,檢測的微細(xì)膠黏物粒徑范圍在0.45～100 μm。

1.4.2 微細(xì)膠黏物尺寸分布分析方法

微細(xì)膠黏物粒徑分析采用立方根直徑,即按體積計(jì)算的顆粒平均直徑,其計(jì)算如公式(1)所示。

(1)

式中，di為顆粒的直徑(等體積直徑),μm；ni為粒徑為di的顆粒的數(shù)量,個(gè)。

微細(xì)膠黏物粒徑分布采用顆粒的數(shù)量頻率密度分布(f)和篩上積累率(R)進(jìn)行分析。其中,f為數(shù)量在單位粒徑間隔寬度的頻率分布；R為大于某一粒徑的顆粒數(shù)量占顆粒群總數(shù)量的百分比。兩者的計(jì)算公式分別見公式(2)和公式(3)。

(2)

(3)

1.4.3 白水體系特性檢測

按照文獻(xiàn)[26-27]提供的方法檢測白水的CD值和濁度。

2 結(jié)果與討論

2.1 時(shí)間對(duì)纖維素酶處理后白水微細(xì)膠黏物穩(wěn)定性的影響

就時(shí)間對(duì)纖維素酶作用后的白水微細(xì)膠黏物穩(wěn)定性影響進(jìn)行研究,檢測隨著時(shí)間持續(xù)延長、經(jīng)過不同用量纖維素酶處理后的白水微細(xì)膠黏物平均粒徑的影響,結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出,經(jīng)不同用量纖維素酶處理后的微細(xì)膠黏物粒徑隨時(shí)間變化的趨勢不同。其中,經(jīng)用量40 U/L的纖維素酶處理后,微細(xì)膠黏物平均粒徑隨著時(shí)間的持續(xù)先增加后減小,然后再增加,微粒尺寸總體呈現(xiàn)聚集變大的趨勢；而經(jīng)用量80 U/L的纖維素酶處理后,微細(xì)膠黏物平均粒徑則隨時(shí)間的持續(xù)先略有降低而后基本保持平穩(wěn),微粒尺寸呈現(xiàn)分散變小而后達(dá)到平衡的態(tài)勢。

圖3所示為兩種用量的纖維素酶處理對(duì)微細(xì)膠黏物粒子的尺寸分布的影響。從圖3(a)可以看出,經(jīng)過用量40 U/L的纖維素酶處理后的微細(xì)膠黏物,在0.8～10 μm的粒徑范圍內(nèi),其粒子數(shù)量在15、30和60 min 時(shí)分別較初始時(shí)間時(shí)增加,與此同時(shí),在0.45～0.8 μm范圍內(nèi)的微粒數(shù)量則減少,說明經(jīng)過纖維素酶處理后的微細(xì)膠黏物隨著時(shí)間持續(xù)到15、30和60 min時(shí),其中的較小尺寸粒子發(fā)生了聚集。再結(jié)合圖3(c)來看,在上述3個(gè)時(shí)間段,微細(xì)膠黏物微粒數(shù)量所占比例之和都大于初始時(shí)間的數(shù)量所占比例,說明在此3個(gè)時(shí)間段大尺寸的微細(xì)膠黏物微粒數(shù)量較多,進(jìn)一步證明了微細(xì)膠黏物微粒中的較小尺寸粒子隨著時(shí)間的持續(xù)發(fā)生聚集,變成較大粒子。而在45 min時(shí),膠黏物微粒的變化則與之相反,發(fā)生了分散。圖3(b)和圖3(d)表明經(jīng)過用量80 U/L的纖維素酶處理后,微細(xì)膠黏物微粒的數(shù)量在0.8～10 μm和0.45～0.8 μm兩個(gè)區(qū)間內(nèi)同樣發(fā)生了變化,與40 U/L用量時(shí)的剛好相反,在較小粒徑范圍內(nèi)數(shù)量增加,在較大粒徑范圍內(nèi)數(shù)量減少,即微細(xì)膠黏物微粒發(fā)生分散,且不同時(shí)段的數(shù)量差別較小,說明經(jīng)過該用量的纖維素酶處理后,微細(xì)膠黏物粒子先是由小粒徑微粒分散至更細(xì)小的微粒,然后趨于平衡。

圖3 時(shí)間對(duì)纖維素酶處理后白水微細(xì)膠黏物尺寸分布的影響

表1所示為時(shí)間對(duì)纖維素酶處理后白水體系特性的影響。從表1可以看出,經(jīng)用量40 U/L纖維素酶處理后的白水體系的CD值增加、減小,再增加,總體是增加的趨勢；經(jīng)用量80 U/L纖維素酶處理后的體系CD值則基本上趨于穩(wěn)定,與上述微細(xì)膠黏物尺寸分布的變化趨勢基本一致。由于纖維素酶對(duì)細(xì)小纖維表面糖苷鍵的水解作用會(huì)促使白水微細(xì)膠黏物分散生成更加細(xì)小的膠黏物微粒,新的微粒隨時(shí)間發(fā)生或強(qiáng)或弱的再聚集,并且會(huì)使得包括微細(xì)膠黏物粒子在內(nèi)的體系微粒群整體的比表面積變化,促使整個(gè)微粒群表面所帶的電荷變化或者保持穩(wěn)定,并通過白水體系的CD值體現(xiàn)出來。此外,白水體系的濁度與上述微細(xì)膠黏物尺寸分布變化趨勢基本一致,說明纖維素酶處理后,白水中濁度的變化主要體現(xiàn)在微細(xì)膠黏物顆粒的變化上。

表1 時(shí)間對(duì)纖維素酶處理后的白水體系特性的影響

2.2 溫度對(duì)纖維素酶處理后白水微細(xì)膠黏物穩(wěn)定性的影響

就溫度對(duì)纖維素酶處理后的白水微細(xì)膠黏物穩(wěn)定性進(jìn)行研究,檢測不同溫度條件下經(jīng)過不同用量纖維素酶處理后的微細(xì)膠黏物的平均粒徑,結(jié)果如圖4所示。

由圖4可以看出,纖維素酶處理后白水中微細(xì)膠黏物的平均粒徑隨溫度的升高先上升后降低,但是整體呈現(xiàn)升高的趨勢。由此可知,隨著溫度的升高,纖維素酶處理后的微細(xì)膠黏物粒子發(fā)生聚集。由纖維素酶降解纖維及細(xì)小纖維表面的糖苷鍵的作用機(jī)理可以推斷,微細(xì)膠黏物先因夾雜在其間的細(xì)小纖維被水解而分散成更加細(xì)小的粒子,而后這些粒子在高溫的作用下又發(fā)生了聚集。

圖4 溫度對(duì)纖維素酶處理后的白水微細(xì)膠黏物平均粒徑的影響

圖5 溫度對(duì)纖維素酶處理后白水中微細(xì)膠黏物尺寸分布的影響

圖5所示為溫度對(duì)纖維素酶處理后白水中微細(xì)膠黏物尺寸分布的影響。由圖5(a)、圖5(b)可以看出,在0.8～10 μm范圍內(nèi),微細(xì)膠黏物的數(shù)量都隨溫度的升高減少；而在0.45～0.8 μm范圍內(nèi),則出現(xiàn)或升高或降低的趨勢。比較圖5(c)、圖5(d)可以看出,溫度升高后,10 μm以上的微細(xì)膠黏物的含量都高于20℃的,說明升溫會(huì)促使小粒徑的微細(xì)膠黏物粒子分散成更細(xì)小的微粒,同時(shí)又聚集成新的較大尺寸粒子。這應(yīng)該是纖維素酶處理后生成的細(xì)小微粒的表面特性在溫度影響下發(fā)生變化,促使膠黏物微粒之間達(dá)到新的平衡。

表2所示為溫度對(duì)纖維素酶處理后白水體系特性的影響。兩種纖維素酶用量處理后的白水CD值較常溫時(shí)的CD值基本呈現(xiàn)增加的趨勢。其中,用量40 U/L纖維素酶處理后的白水CD值呈現(xiàn)先升后減、但最終整體呈現(xiàn)小幅增加的趨勢,而用量80 U/L纖維素酶處理后的白水CD值在溫度升到60℃的范圍內(nèi)較為穩(wěn)定,但是當(dāng)溫度繼續(xù)升高到70℃時(shí),其CD值也有所增加。與微細(xì)膠黏物粒子受溫度影響的尺寸分布變化趨勢一致。此外,白水體系的濁度隨著溫度的升高而降低,說明體系中的微粒數(shù)量有一定的減少,也間接證明了膠黏物微粒在溫度影響下產(chǎn)生聚集的現(xiàn)象。由此可見,纖維素酶處理后的白水微細(xì)膠黏物尺寸變化也可以通過體系的濁度間接反映出來。

表2 溫度對(duì)纖維素酶處理后的白水體系特性的影響

2.3 攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)纖維素酶處理后白水微細(xì)膠黏物穩(wěn)定性的影響

圖6 轉(zhuǎn)速對(duì)纖維素酶處理后的白水微細(xì)膠黏物平均粒徑的影響

就攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)纖維素酶處理后的白水微細(xì)膠黏物穩(wěn)定性進(jìn)行研究,檢測不同轉(zhuǎn)速條件下經(jīng)過纖維素酶處理后的微細(xì)膠黏物平均粒徑的影響,結(jié)果如圖6所示。

從圖6中可以看出,經(jīng)過用量40 U/L的纖維素酶處理后的微細(xì)膠黏物的平均粒徑隨著轉(zhuǎn)速增加而明顯降低,再趨于平穩(wěn)；而經(jīng)過用量80 U/L的纖維素酶處理后的微細(xì)膠黏物平均粒徑先急劇減小而后再增加,最高轉(zhuǎn)速時(shí)的粒徑比轉(zhuǎn)速200 r/min時(shí)略低一點(diǎn)。由于轉(zhuǎn)速對(duì)白水中微粒施加的主要是剪切作用,加之前述有關(guān)纖維素酶水解細(xì)小纖維表面糖苷鍵的特性,因此,可以推斷剪切力強(qiáng)度的增加對(duì)已經(jīng)在纖維素酶作用下分散成更細(xì)小的膠黏物粒子起到了一定的分散作用。

圖7是纖維素酶處理后白水微細(xì)膠黏物在不同攪拌轉(zhuǎn)速下的尺寸分布。由圖7可以看出,粒徑范圍在0.8～10 μm之間的微細(xì)膠黏物,在用量40 U/L纖維素酶時(shí)顯示轉(zhuǎn)速越高微細(xì)膠黏物粒子數(shù)量略有增加,圖7(b)則正好相反,轉(zhuǎn)速高其粒子數(shù)量減少；而在0.45～0.8 μm范圍內(nèi),用量40 U/L纖維素酶處理后白水的微細(xì)膠黏物微粒數(shù)量隨著轉(zhuǎn)速的增加有所波動(dòng),呈現(xiàn)先增加再減少再增加的趨勢；用量80 U/L纖維素酶處理后白水的微細(xì)膠黏物粒子數(shù)量則隨著轉(zhuǎn)速的增加而增加。說明在小粒徑范圍內(nèi),40 U/L用量纖維素酶處理后,微細(xì)膠黏物粒子之間不斷發(fā)生分散和聚集；用量80 U/L纖維素酶處理后,則微細(xì)膠黏物微粒之間基本呈現(xiàn)分散趨勢。再結(jié)合圖7(c)和圖7(d)可以看出,用量40 U/L纖維素酶處理后的微細(xì)膠黏物粒子中大于2 μm的數(shù)量比轉(zhuǎn)速增加后的明顯要高,說明較大尺寸的膠黏物微粒在旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪切作用下分散成更小的微粒；而用量80 U/L纖維素酶處理后的微細(xì)膠黏物粒子其數(shù)量與最低轉(zhuǎn)速時(shí)相比有一定的波動(dòng),且高速時(shí)數(shù)量較多,低速時(shí)數(shù)量較少,說明旋轉(zhuǎn)的剪切作用較小時(shí)對(duì)微細(xì)膠黏物粒子有分散作用,較高時(shí)有一定的再聚集作用。

圖7 轉(zhuǎn)速對(duì)纖維素酶處理后白水中微細(xì)膠黏物尺寸分布的影響

表3為轉(zhuǎn)速對(duì)纖維素酶處理后的白水體系特性的影響。纖維素酶用量40 U/L及80 U/L的白水在不同轉(zhuǎn)速下的CD值都出現(xiàn)波動(dòng),結(jié)合上述分析以及白水體系的特點(diǎn)可以推測,纖維素酶處理后的白水中各細(xì)小組分在剪切作用下敏感性更強(qiáng),更不穩(wěn)定,此外,用量40 U/L纖維素酶處理的白水濁度基本呈現(xiàn)增加趨勢,用量80 U/L纖維素酶處理的白水濁度則先增加后減少,與上述轉(zhuǎn)速對(duì)微細(xì)膠黏物尺寸分布的影響一致。

表3 轉(zhuǎn)速對(duì)纖維素酶處理后的白水體系特性的影響

3 結(jié) 論

纖維素酶處理后,白水中微細(xì)膠黏物受不同因素影響下其穩(wěn)定性被打破,并出現(xiàn)如下變化。

3.1 隨著時(shí)間的持續(xù)延長,經(jīng)不同用量纖維素酶處理后的微細(xì)膠黏物粒子呈現(xiàn)的分散/聚集趨勢不同。其中,用量40 U/L纖維素酶處理后的微細(xì)膠黏物粒子中0.45～0.8 μm范圍內(nèi)的小尺寸微粒基本上都發(fā)生聚集,形成較大尺寸的粒子；而用量80 U/L纖維素酶處理后的微細(xì)膠黏物粒徑在0.8～10 μm范圍內(nèi)粒子則發(fā)生分散,形成更多更細(xì)小的微粒。

3.2 隨著溫度的升高,纖維素酶處理后的微細(xì)膠黏物分散/聚集同時(shí)發(fā)生,在0.8～10 μm范圍內(nèi)的微粒分散,在大于10 μm的范圍內(nèi)重新聚集生成較大粒徑的微細(xì)膠黏物新粒子。

3.3 隨著攪拌轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的剪切作用的增強(qiáng),不同用量纖維素酶處理后的微細(xì)膠黏物粒子分散/聚集態(tài)勢不同。用量40 U/L纖維素酶處理后的微細(xì)膠黏物粒子在剪切作用下呈現(xiàn)分散趨勢；而用量80 U/L纖維素酶處理后的微細(xì)膠黏物粒子在剪切作用小時(shí)分散、剪切作用大時(shí)聚集。

3.4 在時(shí)間和溫度影響下，微細(xì)膠黏物所在白水體系的CD值與微細(xì)膠黏物的尺寸分布變化趨勢保持一致，而濁度基本上間接地反映出其粒子分散/聚集行為特性的變化。

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(責(zé)任編輯：劉振華)

Analysis of the Instability Characteristics of Microstickies in Papermaking White Water Treated with Cellulase

TANG Ya-nan1LI Bo1,2,*WANG Zhi-wei3WU Shu-bin1LIU Dao-heng1

(1.StakeKeyLabofPulpandPaperEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou,GuangdongProvince, 510640; 2.JiangsuProvincialKeyLabofPulpandPaperScienceandTechnology,NanjingForestryUniversity,Nanjing,JiangsuProvince, 210037; 3.GuangxiKeyLabofCleanPulp&PapermakingandPollutionControl,CollegeofLightIndustryandFoodEngineering,GuangxiUniversity,Nanning,GuangxiZhuangAutonomousRegion, 530004)

(*E-mail: ppboli@scut.edu.cn)

By using a method combing laser, flow cytometric technology and fluorescent tracers, which can capture the microstickies’ information in micro level, the instability characteristics of the microstickies in white water from papermaking process using mixed office waste paper (MOP) as raw material and treated with cellulase were investigated in this study. The influences of the time, temperature and shear strength of the stirring action of cellulase treatment on the instability characteristics of the microstickies were studied by measuring the its size distribution, cationic demand and turbidity value of the white water system. The results showed that the microstickies with cellulase treatment might disperse or agglomerate depending on the dosage of the cellulase. Moreover, both of the dispersion or the agglomeration of these microstickies particles happened with the increase of the temperature. However, the aggregation tendency was superior to the dispersion. Therefore, the average size of these particles increased with temperature rise. Besides, the influence of the shear strength depended on the dosage of the cellulase applied in the white water. The microstickies particles dispersed obviously with the 40 U/L enzyme dosage. When the 80 U/L dosages was applied, these particles dispersed under the weak shear action and aggregated under the strong shearing. These characteristic changes of the microstickies affected by time and temperature kept the same variation tendency with the cationic demand of the white water system, and all of these characteristic changes could display indirectly by the turbidity value.

cellulase; microstickies; instability characteristics

2016- 07-12(修改稿)

廣東省自然科學(xué)基金(2015A020213224)；江蘇省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(201303)；廣西區(qū)教育廳高?？蒲许?xiàng)目(YB2014014)。

唐亞男女士，在讀碩士研究生；主要研究方向：回用纖維高效清潔利用新技術(shù)。

TS7

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2016.09.001

*通信作者：李 擘女士，E-mail:ppboli@scut.edu.cn。