木聚糖酶辅助纸浆二氧化氯漂白过程己烯糖醛酸的降解及其对AOX生成的影响

Paper mills never stop improving the bleaching process to meet the increasingly stringent adsorbable organic halides (AOX) emissions standards. Xylanase-based enzymes aided bleaching is one of the preferred technologies at present. It is not clear that how xylanase could reduce AOX formation during the xylanase aided chlorine dioxide bleaching. In-depth study of AOX formation mechanism and controlling the AOX formation at the beginning of bleaching become an urgent problem need to be solved today. This proposal intends to study the AOX formation regularity during xylanase aided chlorine dioxide bleaching. Hexenuronic acid (HexA) degradation kinetics models will be established during the xylanase pretreatment and chlorine dioxide bleaching. It will mainly study the removal of HexA and reduction of chlorine dioxide by xylanase pretreatment, the enzyme action mechanism on fiber and the contribution of AOX formation by HexA. The reaction intermediates and pathway will be calculated using molecular modeling techniques, and AOX formation mechanism will thus be derived. The research achievement will have a great significance on controlling of AOX formation and realizing clean bleaching. It will help to solve the problems of the industrialized application of xylanase aided bleaching, and further improve the pulp bleaching technology level.

为了满足日益严格的AOX排放标准，制浆造纸企业采取了很多方法改进漂白技术，以木聚糖酶为主的生物酶辅助漂白是目前纸浆清洁化漂白的首选技术之一，但木聚糖酶辅助二氧化氯漂白过程AOX生物减量作用机制目前尚不清楚，深入挖掘AOX生成机理并从源头控制AOX的产生，成为当今纸浆清洁化漂白亟待解决的问题。本项目拟通过探索木聚糖酶辅助二氧化氯漂白过程AOX生成规律，构建漂白过程纸浆中己烯糖醛酸（HexA）降解动力学模型。重点研究了木聚糖酶预处理对HexA的脱除和二氧化氯减量效果的影响、酶处理对纤维的作用机制及HexA对AOX生成量的影响，结合量子化学中分子模拟技术，分析HexA与二氧化氯反应生成AOX的中间过程，阐明了木聚糖酶预处理减少AOX生成的机理。研究成果对于纸浆漂白过程控制AOX生成，实现纸浆清洁化漂白具有重大意义，将有助于解决我国木聚糖酶辅助漂白的工业化应用问题，进一步提高纸浆生物漂白技术水平。

近年来，随着生物技术的发展，生物酶在利用木质纤维素生物质原料生产纸浆过程中得到成功应用。这充分显示了酶技术在减轻制浆造纸工业环境污染、改善纸浆抄造性能等方面的巨大潜力。本项目研究了生物酶辅助二氧化氯漂白过程AOX生成规律，构建了纸浆中HexA降解动力学模型，以纸浆中的HexA为桥梁，重点研究了木聚糖酶预处理对HexA的脱除和二氧化氯减量效果的影响、酶处理对纤维的作用机制及HexA对AOX生成量的影响，结合量子化学中分子模拟技术，分析HexA与二氧化氯反应生成AOX的中间过程，阐明了木聚糖酶预处理减少AOX生成的机理。通过研究生物酶对纸浆进行预处理后废水中AOX减少的组分，构建生物酶与AOX组分的量效关系，为工厂针对不同浆种合理选用生物酶辅助二氧化氯漂白提供重要参考，为实际生产中利用生物酶控制AOX生成，实现清洁化漂白提供理论依据。创建了不产生固形物的综合法二氧化氯制备技术体系，并研发出相匹配的综合法二氧化氯制备系统，解决了传统综合法技术二氧化氯溶液中氯气含量高、生产效率低的问题。基于上述基础研究，将科研成果转化应用，实现了高纯度二氧化氯的实时制备。该成果成套技术及装备已出口海外，为多个国家的制浆企业提供了二氧化氯漂白生产线，如美国和印度的企业。研究成果共在国外期刊上发表研究论文30篇，其中SCI收录论文29篇；授权发明专利15项，其中产业转化4项，转让到校经费325.68万元；项目组成员获国家技术发明奖二等奖1项，教育部技术发明一等奖1项；项目组成员参加国际国内会议6人次；结合项目协助培养博士研究生2名、硕士研究生3名。