СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ БУМАЖНОЙ МАКУЛАТУРЫ Российский патент 1996 года по МПК D21C5/02 

Настоящее изобретение относится к способу переработки бумажной макулатуры с ферментативным удалением печатной краски.

Известен способ переработки бумажной макулатуры, включающий ее разбивку, удаление из полученной при этом массы печатной краски флотацией с использованием восстановителей окислителей и химических агентов.

Для этого используют, в частности, щелочные силикаты, окисляющие отбеливатели, высшие жирные и/или смоляные кислоты и диспергаторы. Жирные и/или смоляные кислоты при этом вводятся в форме их солей щелочноземельных металлов вместе с диспергаторами.

Недостатком известного способа является прежде всего его негативное воздействие на окружающую среду.

Задачей настоящего изобретения является создание способа переработки бумаги путем ферментативного удаления печатной краски, который не имел бы указанного недостатка.

Более подробно изобретение поясняется на нижеследующих примерах.

Пример 1.

12 г бумажной макулатуры/газет измельчают на куски размером примерно 2 х 2 см, добавляют 300 мл воды с кальциевой жесткостью примерно 2,5 ммоля и гомогенизируют при температуре около 40^oС вручную, после чего в течение 5 минут проводят дезинтеграцию в дезинтеграторе при 3000 об/мин. Затем при плотности материала 3,5% снова проводят дезинтеграцию в течение 2 минут при 3000 об/мин, доводят объем смеси водой при 40^oС до 1,5 л и заливают ее в флотационный аппарат.

Добавляют к содержимому аппарата H₂O₂ в количестве 0,1-1,5% и примерно 2x10^-5-2х10^-3 VA в расчете на бумажную макулатуру, и после добавления 500-5000 М. Е. лигнолитического фермента (1 М.Е. соответствует превращению 1 ммоля/мин. VA в вератриловый альдегид) начинают проведение флотационного процесса удаления типографской краски путем одновременного введения воздуха со скоростью 60 л/ч и перемешивания при скорости вращения мешалки 1200 об/мин. Одновременно с помощью насоса, управляемого погружным редокс-электродом, подают H₂O₂ и раствор бисульфита натрия с такой скоростью, чтобы величина редокс-потенциала оставалась равной примерно 400 мВ. Процесс проводят в течение 10415 минут при 40^oС, отводя грязь с помощью скребка.

Пример 2.

12 г бумажной макулатуры/ежедневных газет измельчают на куски величиной около 2 х 2 см. После этого добавляют 300 мл воды с кальциевой жесткостью около 2,5 ммоля, и смесь гомогенизируют вручную при температуре около 40^oС и затем дезинтегрируют в дезинтеграторе при 3000 об/мин в течение 5 минут. После этого смесь при плотности материала 0,8% в течение 2 минут заново дезинтегрируют при 3000 об/мин. Затем объем смеси доводят до 1,5 л добавкой воды при 40^oС и материал подают во флотационную ячейку объемом 1,5 л.

Добавляют 0,1-1,5% H>₂O₂ по отношению к весу бумажной макулатуры. Также добавляют от 2 х 10^-5% 2 x 10^-3% VA по отношению к весу бумажной макулатуры. После добавления от 500 до 5000 М.Е. (1U) лигнолитического фермента (1МЕ соответствует превращению 1 ммоль VA в мин в вератриловый альдегид) начинается флотационный процесс удаления типографской краски путем одновременного подвода 80 л воздуха/час и при числе оборотов мешалки 1000 об/мин. Одновременно с помощью погруженного редокс-электрода путем управления насосом так дозируют содержание в растворе H₂O₂ и бисульфата натрия, что средний редокс-потенциал регулируемо сохраняют на уровне около 200 мВ. Процесс продолжается 10 минут при 40^oС, а грязь удаляют с помощью скребка.

Пример 3.

12 г бумажной макулатуры /ежедневных газет измельчают на куски размером около 2 х 2 см. После этого добавляют 300 мл воды с кальциевой жесткостью 2,5 ммоль и смесь гомогенизируют при 40^oС вручную и затем дезинтегрируется в дезинтеграторе в течение 5 минут при 3000 об/мин. После этого смесь при плотности вещества 2,5% заново дезинтегрируют при 3000 об/мин в течение 2 минут, затем объем смеси доводят до 1,5 л добавкой воды при 40^oС, и материал подают во флотационную ячейку объемом 1,5 л.

Добавляют 0,1-1,5 H₂O₂ по отношению к бумажной макулатуре. Также добавляют 2 х 10^-5% 2 х 10^-3% VA по отношению к бумажной макулатуре. После добавления от 500 до 5000 М. Е. лигнолитического фермента (IME соответствует превращению 1 ммоль VA в мин в вератриловый альдегид) начинается флотационный процесс удаления типографской краски путем одновременного подвода 70 л воздуха/час и при числе оборотов мешалки 1400 об/мин. Одновременно с помощью погруженного редокс-электрода путем управления насосом так дозируют содержание H₂O₂ и бисульфата натрия в растворе, что средний редокс-потенциал регулируемо сохраняют на уровне 500 мВ. Процесс продолжается 10 минут при 40^oС, а грязь удаляют с помощью скребка.

Новым в предлагаемом способе является комбинация ферментной системы с известными флотационными способами. Благодаря этому удается добиться того, что удаление печатной краски осуществляется не за счет использования обычных, вышеописанных химикатов, таких как NaOH, H₂O или олеиновая кислота, а путем лигнолитического расщепления ферментами. Собственно процесс обесцвечивания в случае способа в соответствии с настоящим изобретением происходит, по-видимому, в результате разрыхления волокон за счет, как уже упоминалось, воздействия фермента на лигнин.

Этот механизм аналогичен набуханию под воздействием на волокна едкого натра при обычных, вышеупомянутых способах обесцвечивания. В результате разрыхления под действием фермента происходит также отделение частиц печатной краски от волокон. Благодаря разрыхленной структуре на последующей флотационной стадии печатная краска легко удаляется, и в большинстве случае достаточно добавления вспенивателя лишь в очень незначительных концентрациях.

Дополнительно в качестве средств, регулирующих редокс-потенциал, можно использовать сульфат меди (II), сульфат марганца (II), ацетат марганца (II), сульфат железа (II), хлорид титана (III), церий (IV), аммонийнитрат и нитрат церия (III), а также соли цинка, сурьмы и свинца.

Для защиты фермента к реакционной смеси добавляют фенольные соединения, наиболее подходящими из которых являются вератриловые спирты.

Наряду с перечисленными химикатами к реакционному раствору могут добавляться и другие вещества. К ним относятся гипохлорит натрия, полисахариды, такие как глюканы и/или коантаны, детергенты, например олеиновая кислота, гемосоединения, такие как гемоглобин, и отбеливатели, например перборат натрия. Для добелки обесцвеченной бумаги можно использовать обычные отбеливатели, такие как гипохлорит натрия, кислород, хлора, озон, H₂O₂ и дитионит натрия.

В качестве ферментов можно использовать лигнолитические ферменты, такие как фенолоксидазы, лакказы и лигнинпероксидазы. К подходящим для этой цели ферментам относятся также лигнолитические ферменты, получаемые из гриба Phanerochaete choysosporium.

При этом, однако, не имеются в виду ферменты, специально получаемые по способу в соответствии с вышеупомянутым патентом США. В соответствии с настоящим изобретением нет необходимости в использовании ферментов высокой чистоты или полученных с использованием специальных мутантов микроорганизмов. Для его осуществления, напротив, достаточно использовать выпускаемые в настоящее время промышленных масштабах сырые ферменты. Помимо лигнолитических ферментов можно также использовать пектиназы и/или гемицеллюлозы.

Важным преимуществом предлагаемого в соответствии с настоящим изобретением способа является то, что при его осуществлении нет необходимости в предварительной обработке исходного материала вышеупомянутыми флотохимикатами перед собственно флотационным процессом, которая в известных способах занимает до 90 минут.

Благодаря тому, что по предлагаемому способу щелочь и другие аналогичные вещества добавляются к обрабатываемому материалу в незначительных количествах, образующиеся в ходе процесса отходы не загрязняют окружающую среду.

Кроме того, можно перед собственно флотационным процессом или после него осуществлять удаление лигнина из бумажной макулатуры и тем самым улучшить механические характеристики получаемого продукта. Так, например, при удалении примерно 5-8% лигнина разрывная длина обработанного материала может повыситься более чем на 30%
Попутно следует отметить, что применение поверхностно-активных веществ при осуществлении предлагаемого способа не является обязательным. По-видимому, содержащиеся в сыром ферменте полисахариды частично выполняют функцию поверхностно-активных веществ как вспенивателей.

Последние при использовании их в обычных флотационных процессах, будучи амфотерными веществами, закрепляются своими амфотерными молекулами на поверхности первоначально гидрофобных частиц печатной краски. В результате взаимодействия с присутствующими в воде солями жесткости становится возможным связывание таких частиц с пузырьками воздуха. Не осажденные ионами солей жесткости компоненты, представляющие собой мыла, играют роль вспенивателей и диспергаторов.

Использование: в целлюлозно-бумажной промышленности. Сущность изобретения: бумажную макулатуру разбивают до плотности массы 0,8-2,5 %. Из полученной массы удаляют печатную краску флотацией, которую осуществляют при введении в массу лигнолитических ферментов, инициирующих реакцию расщепления лигнина, в присутствии окислителя и восстановителя при поддержании редокс-потенциала в диапазоне от 200 до 500 мВ, длительности процесса в течение 10 минут, подаче воздуха от 60 до 80 г/час на каждые 1,5 л реакционного объема и при температуре 40^oС. 14 з.п. ф-лы.

1. Способ переработки бумажной макулатуры, включающий ее разбивку, удаление из полученной при этом массы печатной краски флотацией с использованием восстановителя, окислителя и химического агента, отличающийся тем, что разбивку ведут до плотности массы 0,8 2,5% а флотацию осуществляют при дополнительном введении в массу лигнолитических ферментов, инициирующих реакцию расщепления лигнина, в присутствии окислителя и восстановителя при поддержании редокс-потенциала в диапазоне 200 500 мВ, длительности процесса в течение 10 мин, подаче воздуха 60 80 г/час на каждые 1,5 л реакционного объема и при температуре 40^oС. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс продолжают в течение 60 90 мин при снижении подачи воздуха. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве окислителя используют перекись водорода, кислород или озон, а в качестве восстановителя - аскорбиновую кислоту, дитионит или бисульфит натрия. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что процесс ведут при введении в массу сульфата меди, сульфата марганца, ацетата марганца, сульфата железа, хлорида титана, нитрата церия и/или церийаммонийнитрата, а также соли цинка, сурьмы и свинца. 5. Способ по пп. 1 4, отличающийся тем, что процесс ведут при введении в массу фенольного соединения, например ветатрилового спирта. 6. Способ по пп. 1 5, отличающийся тем, что в качестве лигнолитических ферментов используют фенолоксидазы, лакказы и пероксидазы или их смеси с пектиназами и/или гемицеллюлозой, или используют простетические группы лигнолитических ферментов. 7. Способ по пп. 1 6, отличающийся тем, что процесс ведут при рН 2 - 5, предпочтительно при рН 3. 8. Способ по пп. 1 7, отличающийся тем, что процесс ведут при добавлении в массу гипохлорита натрия. 9. Способ по пп. 1 8, отличающийся тем, что процесс ведут при добавлении в массу комплексообразователя, например этилендиаминтетрауксусную кислоту или диэтилентриаминпентауксусную кислоту. 10. Способ по пп. 1 9, отличающийся тем, что процесс ведут при добавлении в массу полисахарида, в качестве которого используют глюканы или ксантан. 11. Способ по пп. 1 10, отличающийся тем, что процесс ведут при добавлении в массу детергента. 12. Способ по пп. 1 11, отличающийся тем, что процесс ведут при добавлении в массу поверхностно-активного вещества. 13. Способ по пп. 1 12, отличающийся тем, что процесс ведут при добавлении в массу жирной кислоты, например олеиновой. 14. Способ по пп. 1 13, отличающийся тем, что процесс ведут при добавлении в массу гемосоединения, например гемоглобина. 15. Способ по пп. 1 14, отличающийся тем, что процесс ведут при добавлении в массу пербората.