دانلود مقاله سلولز

فعالیت سلولز (آمانویکی از آنزیمهای مورد استفاده) توسط روشی با استفاده از کربوکسی سلونوتیل (CMC) به عنوان زیر لایه فعال اندازه گیری شد.

شکرتولیدی توسط طیف نورسنجی در طول برج 575nm اندازه گیری و گلولز به عنوان استاندارد در نظر گرفته شد.

یک واحد سلولز به صورت میزان آنزیم مورد نیاز برای آزاد کردن mml1 شکر تبدیل شده به دتیتر در شرایط آزمایشگاهی تعریف شد.

فعالیت همیسولوز یا xylanase با استفاده از xylan بدست آمده از جو دوسر (oat) به عنوان زیر لایه تعیین شده یک واحد همسلولز به صورت میزان آنزیمی که 1m mol شکر بر دتیتر در شرایط آزمایشگاهی تولید کند تعریف شد.

امولسیون روغن روشی بود که برای تعیین فعالیت لیپاز مورد استفاده قرار گرفت.

یک واحد لیپاز به صورت میزان آنزیمی که 1m.mol اسید چرب آزاد بر دقیقه در شرایط آزمایشگاهی تولید کند تعریف شد.

غلظت این اسید چرب آزاد توسط عیارسنجی با استفاده از 0.05 مول NaoH در PH10 اندازه گیری شده است.

فرایند رنگ زدایی مراحل و بهینه سازی آن
در این آزمایش فرایند رنگ زدائی شامل مراحل آماده سازی خمیر، مرحله هیدرولیز آنزیمی و سیستم فلوتاسیون است.

خمیر بدست آمده از کاغذ چاپ شده لیزری که در فرایند رنگ زدایی استفاده می شود از تجزیه کاغذ برای بدست آوردن خمیر با غلظت 2% که با استفاده از مخلوط کن سرعت بالا در دمای 30c بمدت 4min بدست آمد.

قبل از مرحله تجزیه ، کاغذ باطله ها به تکه های ریز خرد می شوند وسپس توسط 0.25 مول Hcl پالایش می شود.

هیدرولیز آنزیمی خمیر در ظرف 500ml در دمای کنترل شده صورت می گیرد.

بهینه سازی هیدرولیز آنزیمی شامل اصلاح،تهیه سازی خمیر، دما PH و نرخ هم زدن غلظت خمیر و غلظت آنزیم و نسبت آنزیم است.

بعد از هیدرولیز آنزیمی کاغذ هیدرولیز شده در عرض فلوتاسیون قرار می گیرد.

فرایند فلوتاسیون در یک سلول فلوتاسیون عمودی تا حجم 600ml به قطر 3.2 طول 44.5cm صورت گرفت یک پوشش آب دو سلول قرار داده شده تا دما را کنترل کند.

بالای سلول به گونه ای طراحی شده بود تا رنگ را کند، رنگ متوسط حبابهای همراه بالا آمده می شود عمل هوادهی توسط کمپرسور صورت میگرفته که به یک پخش کن فایبرگلاس متخلخل وصل شده تا هوا را پخش کند.

بهینه سازی عملیات فلوتاسیون با تعیین تایید نوع ماده فعال کننده سطحی و غلظت آن نرخ هوادهی و دمای فلوتاسیون صورت می گیرد خمیر رنگ زدائی شده به صورت کاغذ دستی دور می آید تا روشنی آن توسط استاندارد مشخص شود.

تعیین راندمان رنگ زدائی
راندمان رنگ زدائی بر حسب روشنی کاغذ بیان می شود.

ورق های دستی بر اساس استاندارد (TAPPI) تهیه و مورد تست انعکاس 457nm قرار می گیرند.

یک آزمون کنترلی نیز با استفاده از آنزیمهای غیرفعال انجام شد که این آنزیمها به مدت 20min در دمای 100c قرار گرفته اند تا غیرفعال شوند.

برای افزایش دقت بررسی تکرار پذیری هر آزمایش سه بار تکرار و انحراف معیار هر آزمایش مشخص شد.

بررسی خواص کاغذ رنگ زدایی شده آنزیمی:
مقاومت کششی کاغذ رنگ زدایی شده براساس استاندارد محاسبه مورد تست قرار می گیرد و شاخص پارگی کاغذ بر اساس مقاومت درونی ورق دستی با استفاده از آزمونگر الکترونیکی محاسبه می شود.

بحث و نتیجه آزمایش:
نمودار تایید آنزیمها باشد ترکیبات مختلف و چیدمان آنزیم مختلف را بر راندمان رنگ زدایی کاغذ باطله چاپ شده لیزری نشان می دهد.

بالاترین راندمان رنگ زدائی 62% بوده که با استفاده از سیستم سلولز و همی سلولز (CH) بدست می آید در حالیکه استفاده از (HC) یا سلولز، همی سلولز CH4) راندمانی در حدود %55-%56 دارد.

راندمان رنگ زدائی سیستم کنترل که از آنزیم غیرفعال شده استفاده می کند در رنج 5 تا 15% تغییر می کند (برای همه ترکیبات آنزیمی آزمایش شده)
بقیه ترکیبات آنزیمی و چیدمات آنها منجر به راندمانهای رنگ زدایی کمتراز %50 می شود.

سلولز ساختارهای میکروفیبری سلولزی که رنگ در آنها جاسازی شده است را آزاد می کنند در حالیکه همی سلولز استحکام xylan را از بین می برد و آنها را می شکافد و lignin را از ترکیبات کربوهیدرات lignin آزاد می کند و نهایتا شکاف ایجاد شده رنگ را جدا می کند.

وجود و حضور لیپاز در ترکیبات آنزیم روشنی را کاهش می دهد، در نتیجه انباشت رزین هیدروکربن آکولیک جوهرها بروی سطح فیبر های کاغذ استفاده از ترکیبات آنزیم در حضور لیپاز (4) در هر دو چیدمان (HC4),(H4) منجر به کاهش راندمان رنگ زدایی تا حدود %39 می شود بدین ترتیب از (CH) در کارهای بعدی استفاده شد.

البته انداد دیگر از (C4) برای رنگ زدائی کاغذ باطله های اداری چاپ شده با لیزر قلیائی استفاده کردند که نشان داده نوع کاغذ باطله و نوع و غلظت جوهر روی کاغذ نیز بر نوع سیستم آنزیم مورد نیاز برای فرایند رنگ زدائی تاثیر دارد.

هنوز مکانیزم رنگ زدایی آنزیمی کاملاً مشخص شده هر چند که اینگونه به نظر می رسد که رفتار و قدرت اجرای آنزیم در کمپلکس آنزیم مشخص کننده فعالیت موثر آنزیم است.

دنباله آنزیم نیز مشخص کننده اثر آن بر فعالیت هیدرولیتی است اما توازن بین قدرت آنزیم ها و نوع آنزیم ها شدیدا در فعالیت هیدرولیتی آنزیم ها شرکت دارد.

غلظت خمیر به اندازه کاغذهای استفاده شده در فرایند خمیرسازی مربوط است که مشخص کننده سایز میکروفیبرهاست غلظت بالا منجر به فیبرها و تار و پودها بااندازه بزرگتر از --- است.

که این نشان میدهد راندمان رنگ زدائی با افزایش غلظت خمیرسازی کاهش می یابد زیرا غلظتهای بالا به خاطر سطح فعالیت آنزیمی کمتر مناسب نیستند ماکزیمم راندمان رنگ زدائی حدود (%62) را در غلظتهای 1 تا 2% داریم.

زمان نیز فاکتور مهم و تاثیرگذاری در این آزمایش بوده به طوریکه هنگام استفاده از غلظت خمیرسازی 2%، زمان خمیر سازی تغییر دیده شده که این زمان دربازه 1 تا 3 دقیقه است.

که این زمان تناوب چندانی در راندمان رنگ زدایی حدود %65 بوجود نمی آورد.

حداکثر راندمان رنگ زدایی 69.8% دردمای 50C بدست آمده این نشان دهنده دمای رنگ زدایی بهینه برای ترکیب آنزیم CH است و همچنین دمای بهینه برای سلولز و همی سلولز به ترتیب 55Cو50C بود.

در دمای 55C برای همی سلولز به طور مثال راندمان رنگ زدائی تا 55% کاهش می یابد زیرا همی سلولز در این دما به طورنسبی دما غیرفعال می شودو فعالیت آن تا 75% کاهش می یابد.

PH بهینه برای سلولز و همی سلولز بترتیب در حدود 2.5 و 9.5 است و این در حالیست که PH بهینه برای ترکیب آنزیم مربوط به هیدرولیز خمیر 3.5 است که در این PH راندمان رنگ زدائی 72.1% در مقایسه با دیگر PH هاست.

PH کمتر (2.5-3) فعالیت هیدرولیتی همی سلولزها را تحت تاثیر قرار می دهد از طرف دیگر PH های بالا (PH>4) فعالیت سلولز را تحت تاثیر قرار می دهد.

بنابراین می توان PH 3.5 را به طور توافقی به عنوان PH بهینه معرفی کرد که هیدرولیز آنزیمی روی خمیر را بهبود می بخشد در PH5.5 راندمان رنگ زدائی 69% بود ر حالیکه در PH=6.5 این عدد به %50.8 رسید.

هر چند تعدادی از محققان استفاده از شرایط اقلیمی برای رنگ زدائی را گزارش کرده اند اما مطالعه اخیرنشان می دهد که PH پایین نیز موثر است در PH پایین ورق های دستی بالایی شده با روشنی بیشتری مشاهده شد دو تا سه با شرایط قلیایی.

جوهرهای پودری نه تنها با فیبرهای سلولزی کاغذ در ارتباط اند بلکه با پوشش ها پرکننده های خود مثل کربنات کلسیم نیز رابطه دارند.

در شرایط اسیدی انحلال پوشش جدا شده کربنات کلسیم در حین عملیات فلوتاسیون بهتر می شود.

همچنین مشاهده شد که PH پایین به کوچکتر شدن اندازه ذرات جوهر کمک می کند که این خود به زدودن جوهر از سطح فیبرهای کاغذ در فلوتاسیون کمک می کند.

با این وجود هر چند گزارش شده است که خمیر فلوتاسیون شدن اسیدی روشنی بیشتری دارد اما پاکیزگی آن کمتر است.

هم زدن بدلیل متعددی صورت می گیرد از جمله از هم پاشیدن و مخلوط کردن، ترکیبات در سیستم واکنشی بهبود تماس بین خمیر آنزیم و جلوگیری از انباشت جوهر در سطح فیبرهای کاغذ.

هر چند که هم زدن زیادی باعث تاثیرات زیان آوری می شود اما هم زدن پیوسته با نرخ چرخشی کم باعث زدوده شدن ذرات رنگ همزمان با جداشدن آنها از سطح فیبرها به دلیل فعالیت آنزیمی و بهبود در روشنی خمیر می شود.

در آزمایش اخیرهمزدن پیوسته با نرخ rpm60 برای تسهیل جداسازی ذرات رنگ و آنزیم از سطح فیبرها و جلوگیری از رسوب دوباره ذرات، مناسب بنظر رسید.

حداکثر راندمان رنگ زدایی حدود 72.5% در 60rpm بدست آمدو نرخ همزدن بالاتر راندمان را کاهش می دهد.

تاثیر غلظت خمیر نیز در محدوده (w/v)3-5%مورد آزمایش قرار گرفته و نتایج حاصله نشان داد که ماکزیمم راندمان مربوط به خمیر با غلظت 4% است که در این غلظت راندمان %72.8 دارد.

با زیاد شدن غلظت راندمان کم می شود به طوریکه در غلظت 4.5% راندمان به حدود %67.9 کاهش یافت که این می تواند مربوط به کافی نبودن آنزیم برای مواد بالایی و بازدارندگی مواد باشد.

انتخاب غلظت بهینه آنزیم نیز مهم است زیرا آنزیم زیادی منجر به خورده شدن فیبیرها می شود که این در استحکام و کیفیت فیبرها تاثیرزیادی دارد.

در بازه 2.5-5n/g از غلظت آنزیم تفاوت زیادی در راندمان رنگ زدائی که بین %70 تا 73% بوده دیده شد.

گزارش شده که استفاده از مقدار زیاد آنزیم باعث کاهش روشنی تبدیل تجمع ذرات آنزیم روی سطح فیبرها می شود در غلظت آنزیم 2.5u/g خمیر خشک، راندمان رنگ زدائی تفاوت چندانی با غلظت آنزیم 5u/g ندارد.

تعدادی از محققین راندمان حدود %75 را برای غلظت آنزیم 2.5u/g خمیر خشک در نظر گرفته اند درحالیکه عده ای غلظت آنزیم حدود 3u/g را برای رنگ زدائی کاغذ باطله اداری روزنامه باطله ها و کاغذهای چاپ شده بارنگ با پایه روغنی مناسب گزارش کرده اند.

از طرف دیگر محققین دیگری گستره بزرگتری از غلظت ها را بین 0-1u/g تا 5u/g را آزمایش کرده اند با ماکزیمم راندمان 75% برسند.

اینها پیشنهاد کردند که تغییر غلظت آنزیم برای هیدرولیز آنزیمی بسته به نوع آنزیم های مصرفی، منابع و شرایط بکار برده شده لازم است.

نتایج حاصله در گزارش اخیر نشان داد که غلظت آنزیم مورد نیاز برای گرفتن ماکزیمم راندمان، مشابه دیگر کارهای انجام شده و گزارش شده در شرایط آزمون یکسان است.

تاثیر نسبت آنزیم نشان دهنده اهمیت یک آنزیم نسبت به آنزیم دیگر در مخلوط آنزیم است استفاده از نسبت آنزیم برابر C:H با نسبت 1به 1 با غلظت (2.5u/g ,2.5u/g) منجر به راندمان %70.1 شد تغییرچندانی در راندمان برای نسبت روباز 1.67 تا 3 (1.5u/g تا 0.8u/g خمیر همی سلولز) وجود نداشت همچنین برای نسبت های کمتر از 0.6 (0.4u/g خمیر همی سلولز) این نتایج پیشنهاد می کنند که توازن بین H,C برای عملیات آنزیمی بهینه رنگ زدائی لازم است.

در گزارشات گذشته عده ای غلظت بالاتر سلولز رابرای هیدرولیز الزامی دانسته اند و عده ای دیگر XYlanase (همی سلولز) بیشتر را برای رنگ زدایی کاغذ های مختلف ترجیح دادند.

جدول ما شرایط بهینه هیدرولیز آنزیمی توسط سیستم CH با راندمان %7 خلاصه کرده است.

یکی از فاکتورهای که راندمان رنگ زدایی و روشنی ورق های دستی را مشخص می کند توانایی ذرات رنگ برای زدوده شدن موثر و رسوب نکردن دوباره روی سطوح فیبره است.

بعد از واکنشهای آنزیمی سطوح فیبربشدت توسط ذرات جوهر پوشیده شده اند و در طی فرایند فلوتاسیون این ذرات به حبابهای هوا می چسبند و به سطح سلول فلوتاسیون آورده می شوند سپس این ذرات توسط جریان سیال از سطح برداشته می شوند و خمیر سفید و تمیز بجا می گذارد برای اینکه برداشت رنگ موثر را تضمین شود بایدشرایط بهینه فلوتاسیون را پیدا کرد.

وجود مواد فعال کننده سطحی قسمت مهمی از سیستم فلوتاسیون را تشکیل می دهد که این مواد به جوهر کمک می کنند که توده هایی توسط تینر خواص آبگریزی بسازند که این توده ها می توانند توسط حبابهای هوا ازبین فیبرها بالا بیایند.

تاثیر تعدادی از انواع مواد فعال کننده سطحی غیریونی نشان داد که Tweea80 راندمان رنگ زدائی بالایی حدود %76 دارد در حالیکه دیگر فعال کننده ها مثل Tweea20 یا \lurouic F127 راندمانی در بازه 61% تا 66% نشان دادند.

Pluronic F68 و سیلیکات سدیم راندمان رنگ زدائی کمتری داشتند که این بدلیل توانائی کمتر آنها در ایجاد کشش سطحی مناسب برای جدا کردن و بالابردن رنگ و جوهر بود.

غلظت بهینه Tween80 در حدود 0.5% است با حداکثر راندمان %78 که افزایش بیشتر غلظت موجب کاهش راندمان می شود.

ماده فعال کننده سطح جدا شدن رنگ از سطوح فیبرها را تسهیل می کند و بدین ترتیب رنگها از سطوح توسط جریانات هوا جدا می شوند.

نرخ جریان هوا نیز عمل قابل توجهی است که در این مطالعه 10l/min تقریبا راندمان رنگ زدائی را تا 90% افزایش میدهد.

تغییرات فاحشی در راندمان رنگ زدائی با تغییر نرخ جریان هوا بین 2l/min تا 8l/min دیده نشده اما با زیاد کردن آن راندمان افزایش می یابد.

نرخ جدائی رنگ و جوهر از سطوح فیبر با افزایش دمای فلوتاسیون بهبود می یابد.

که راندمان در حدود 95% در دمای 45C بدست می آیدکه بسیار قابل توجه است زیراروشنی کامل خمیر رنگ زدائی شده بدون عملیات پایانی مثل سفید کردن و پوشش دادن پر کردن امکان پذیر نیست.

جدول (2) نشان دهنده خلاصه شرایط بهینه عملیات فلوتاسیون است که منجر به حداکثر راندمان (95%) شد.

جدول 3 خواص ورق های دستی آماده شده از خمیر بعد از عملیات رنگ زدائی آنزیمی بهینه را نشان میدهد.

خواص شامل نرخ آب کلئید 103.7l/min و استحکام کششی 22.77Nm/g و شاخص پارگی 7.10mn.m2/g است.

در مقایسه با ورقهای دستی تهیه شده از کاغذ چاپ نشده مشاهده شد که کاغذ رنگ زدائی یا عملکرد مشابه ای دارد یا خواص بهتری از کاغذ تولید شده توسط روش شیمیائی دارد.

نتایج حاصله نشان دادند که عملیات رنگ زدائی آنزیمی که در شرایط معمول انجام گیرد بسیار مناسب و موثر است و ازهمه مهمتر اینکه این فرایند کاغذی باخواص قابل قبول و کیفیت خوب تولید می کند هر چیز که تحت بعضی از شرایط کیفیت و استحکام کمتر کاغذ رنگ زدائی شده آنزیمی مشاهده شد که بیشتر مربوط به توزیع نامتعادل و غیریکنواخت آنزیمها و جداسازی ناهمگن فیبرهاست.

استحکام کششی کمتردر کاغذ رنگ زدائی بیشتر آنزیمی احتمالاً بدلیل شکافته شدن فیبرها بوده که این شکاف فیبرها به اندازه و میزان اثرات هم نیرو زائی آنزیم ها بستگی دارد.

رنگ زدائی کاغذ بازیافتی با استفاده از سلولز اصلاح شده: مقدمه سلولز در شرایط کشت غیربهینه که در طی رنگ زدائی کاغذ باطله ممکن است اتفاق افتد.

می تواند فعالیت خود را از دست داده و ناپایدار شود با اصلاح سلولز بوسیله کوپولیمرهای ترکیبی مثل مشتقات پلی اکسی اتیلن میتوان سلولزی قابل حل و پایدار با وجود محلحلهای آلی بدست آمده که می توانند فعالیت خود را در دماها PH های مختلف حفظ کنند.

البته کوپلیرهای ترکیبی باعث کف کردگی می شود که توسط فلوتاسیون برداشت می شوند.

اصلاح سلولز بااصلاح کوپلیری: سلولز خام Y-NC از (Aspergillusniger) در این آزمایش مورد مطالعه قرار گرفته کوپلیر اصلاح گر، که شامل اکسید پلی اتیلن (PEO) و آنهیه ریدمالیک (MA) است نیز مورد استفاده قرار گرفته گروه (MA) می تواند با گروههای آمینو سلولز واکنش دهد.

که این واکنش یکی از اصلاحهای شیمیایی پروتئین توسط MA است.

کوپلیر مرحله به مرحله به محلول سلولز اضافه می شود و مخلوط به ارامی به هم زده می شود دما 4C در 8.0-8.2PH که با افزودن 0.2M NaoH کنترل می شود.

درجه اصلاح (DM) به صورت نسبت گروههای آمینو اصلاح شده از سلولز به کل گروههای آمینو سلولز اصلی تعریف می شود.

گروههای آمینوسلولز توسط اسید سولنونیک تری نیتروبنزن مشخص می شود.

خمیر سازی و فلوتاسیون کاغذهای باطله مخلوط اداری سفید که توسط چاپگر لیزری یا زیراکس چاپ شده اند (MOW) به عنوان کاغذهای باطله نمونه استفاده شدند.

MOW ها توسط دست به قطعات مربعی 2cm بریده شدند .

کاغذ باطله ها به محلول %5 با آب مقطر و کمک رنگ زدا در یک مخلوط کن خمیرساز (با ظرفیت 2ml) تبدیل می شوند.

نمونه خمیر به سلول فلوتاسیون (با ظرفیت 6.5L) منتقل می شودو با اب تا غلظت %0.83 رقیق می شود.

هوابا سرعت 4 l/min برای کف سازی اضافه می شود و این محلول برای 6min توسط روتور با سرعت 1500rpm به هم زده می شود.

بررسی خواص فیزیکی کاغذ رنگ زدائی شده: برای هر آزمایش تست انجام می شود و چهار ورق دستی برای هر تست آماده می شود چگالی این ورقها آماده شده بین 79.2 تا 80.8g/m2 است.

خواص فیزیکی مثل ازادی خواصه بصری و استحکام کششی شش مرتبه برای هر ورق اندازه گیری می شود.

آزادی توسط دستگاه تست آزادی آزمایش می شود.

خواص بصری نیز توسط آزمونگر تصویری بررسی می شود.

همه خواص به جز آزادی 18 مرتبه اندازه گیری شد مقادیر توسط و انحراف معیار نیز توسط برنامه Excel محاسبه شدند.

از تصاویر گرفته شده توسط میکروسکوپ الکترونی (SEM) برای مشخص کردن تاثیر سلولز بر فیبرهای کاغذ استفاده شد.

ورق های خشک شده باطله پوشش داده شد.

نتایج و بحث آزمایش: خصوصیات سلولز اصلاح شده: سلولزهای اصلاح شده مختلف DM با تغییر میزان کوپلیمرها اضافه شده به محلول آنزیمها بدست می آید.

واکنش اصلاح بدون مشکل ادامه می یابد و Dm با افزایش نسبت وزن سلولز به کوپلیمرها زیادتر می شود.

در DM ماکزیمم %55 فعالیت سلولز اصلاح شده در 80% فعالیت آنزیم اصلی اصلاح شده باقی می ماند.

مشاهده شده که زنجیر PEO کوپلیمر که منجر به یک محیط میکروهیدرومینیک برای آنزیم می شود، نقش مهمی را در ساده سازی در مقابل آنزیم ایفا می کند.

این اصطلاحات توسط مشتقات PEO از نظر پتانسیلی بسیار کارامد تر از دیگر غیرفعال سازیهای آنزیم در صنایع کاغذ و خمیر کاغذ عمل می کنند.

بازیافت کاغذ باطله یا سلولز اصلاح شده: در طی کل فرایند بازیافت مرحله خمیرسازی مهمترین مرحله است زیرااکثر پالانیس های شیمیایی در این مرحله تکمیل می شوندو خواص مکانیکی کاغذمثل خواص بصری استحکام کششی، استحکام درونی درمرحله خمیرسازی تثبیت می شوند.

خواص فیزیکی کاغذ بازیافتی بر حسب زمان خمیرسازی در جدول 1 نشان داده شده اند.

مقادیر پس از پالایش توسط سلولز اصلاح شده با مقادیر روش های معمولی نیز مقایسه شده اند.

دوره فرایندهای معمول، NaoH و یک سورفکتانت تجاری برای خمیرسازی و فلوتاسیون بامقادیر 0.7,0.5 درصدوزنی کاغذ استفاده می شوند هر دوی عملیات با سلولزهای معمولی و اصلاح شده بهبود خواص فیزیکی با افزایش زمان خمیرسازی رانشان می دهند.

سولز اصلاح شده نسبت به روش معمول سفیدی بیشتری از خود نشان می دهد.

بازیافت کاغذ بیولوژیک با استفاده از سلولز اصلاح شده زردی کاغذ را که هنگام استفاده از NaoH نمایان می شود ازبین می برد، استحکام کششی در داخل نیز در روش سلولز اصلاح شده همیشه مقادیری بیشتراز روش معمول داشته است.

آزادی توسط اندازه گیری نرخ هیدراسیون بدست می آید که این ، زمان خشک شدن درصد انرژی در طی فرایند خشک شدن را نیز نشان می دهد.

بطور کلی، استحکام با آزادی رابطه عکس دارد که البته در روش پالایش معمول اما با سلولز اصلاح شده هم آزادی هم استحکام کششی را بهبود می بخشد.

اینگونه به نظر می رسد که افزایش آزادی به دلیل از بین رفتن تغییر مکان انتخابی فیبرها توسط هیدرولیز آنزیمی است در حالیکه افزایش استحکام بدلیل بهبود پیوندهای هیدروژنی به واسطه فیبرشدن است.

بررسی SEM برای مشخص کردن شرایط فیبرهای کاغذ بازیافتی صورت گرفته (شکل 1) تصویر فیبرهای پالایش شده توسط روش معمولی نشاندهنده آسیب های زیاد فیبر رنگ زدایی شده است و شکافه های متعددی در فیبر دیده می شود برای سلولز اصلاح شده، علی رغم رنگ زدایی، فیبرها بنحوی بوسیله فیبراسیون انتخابی سطحی حفظ شده اند انتظار می رود که سلولز اصلاح شده محیطی معتدل برای رنگ زدایی ایجاد می کند، و موجب افزایش استحکام و آزادی کاغذ بطور همزمان می شود.

مقایسه سلولز اصلاح شده با سلولز اصلاح نشده: در طی فرایند خمیرسازی مکانیکی، سلولز جدایش ذرات رنگ از کاغد را بوسیله هیدرولیز فیبرها بهبود می بخشد.

اجرای PEO بعنوان مواد فعال در سطح عمل می کند و باعث جدایش ذرات رنگ در طی فرایند فلوتاسیون می شود.

هر چند که این تاثیرات توسط سلولز اصلاح شده با مواد فعال در سطح کوپلمیری نیز دیده می شود.

برای دیدن تاثیرات اصلاح، خواص فیزیکی کاغذ بازیافتی برای هر دو نوع سلولز اصلاح شده و نشده آزمایش شد(جدول 2) همچنان که غلظت سلولز اصلاح شده افزایش می یابد سفیدی کاغذ نیز افزایش می یابد.

هر چند که استحکام کششی و پیوند داخلی به آرامی کاهش می یافت اینگونه تصور می شودکه مقادیر زیاد سلولز اصلاح شده استحکام کاغذ را با هیدرولیز زیادی فیبرها، کاهش می دهد.

سلولز اصلاح نشده نیز الگوی مشابهی از خواص کاغذ مربوط به غلظت خود نشان می دهد.

هنگام مقایسه سلولز اصلاح شده و نشده دیده شد که مقادیر خواص بصری و آزادی این دو تقریبا یکی است اما استحکام کششی و پیوند داخلی اصلاح شده یک غلظت مشابه بالاتر است گزارش شده که سلولز اصلاح شده پایداری زیادی در هنگام فعالیت نسبت به دما و PH در حلال آلی دارد.

بنابراین اینگونه به نظر می رسد که سلولز اصلاح شده مزایایی نسبت به سلولز معمولی برای پالایش کاغذ باطله دارد.

سلولز اصلاح شده ترکیبی از سلولز و کوپلمیر است بنابراین نیازی به مرحله جداگانه برای اضافه کردن مواد شیمیایی در فرایند رنگ زدایی ندارد.

بعلاوه برخلاف سلولز اصلاح نشده سلولز اصلاح شده نسبت به PH های مختلف و دما و زمان ذخیره پایدارتر است بنابراین میتوان مقادیر زیادی از آن فراهم و برای مدت زمان طولانی.

در نهایت ، رنگ زدایی با سلولز اصلاح شده کاغذ بازیافتی بااستحکام کششی بهتر از سلولز اصلاح نشده و روش های معمولی دارد.

جوهر زدایی با استفاده از سلولز: سلولزها نوعی آنزیمیهای صنعتی هستند که دراین آزمایش به ارزیابی آنها برای جایگزینی روشهای تجزیه معمولی در بازیافت کاغذ می پردازیم و جداشدن فیبرها و جداسازی رنگ به عنوان پارامترهای کیفی این فرایند بررسی می شوند.

موادی که در این آزمایش بکارگرفته می شود شامل روزنامه باطله (ONP) با وزن پایه 40g/m2 است این کاغذ متشکل از 90% خمیرکاغذ ترمومکانیکی تمیز شده توسط بی سولنیرمنیزیوم ( 59%ISO) ) و 10% فیلتر است کاغذ به روش افست چاپ شده است.

آنزیمهای مورد استفاده را شرکت اسپانیائی Gromogenea از Novezymes تولید می کند به نامهای E2,E1 آنزیم E1 یک تک جزئی است که از طریق انتخاب ژنتیک تولید می شود.

آنزیم E2 یک محصول چند جزئی است.

این آنزیم ها به روش های مختلف بر روی زیر لایه های مختلف (لایه هایی که آنزیم روی آنها فعالیت می کند) آزمایش شده و خواص آنها بخوبی اندازه گیری شده است.

جدول 1 نشان دهنده نتایج این بررسی ها است برحسب واحدهای بین المللی (IX) بیان شده است.

یک واحد بین المللی (IX به صورت میزان آنزیم لازم برای تولید 1 mml شکر تحلیل رفته بردقیقه در شرایط خاص غلظت زیر لایه و PH و دما تعریف می شود.

همانطور که دیده می شود فعالیت آنزیم E2 از E1 بیشتر است.

بجز نتایج بدست آمده روی کاغذ روزنامه چاپ نشده که تقریباً فعالیت مشابه دو آنزیم را نشان می دهد.

ONP برای رنگ زدائی شدن در آنزیمهای E2,E1 به ترتیب با غلظت 2-25,0.75 ماده خشک خیسانده شدند.

حجم کل 20lit بود و زمان خیساندن 2,0.5 ساعت برای هر کدام از فرمولاسیونها بود و غلظت مختلف کاغذ استفاده شد 6% وزن فیبر خشک شده، PH سوسپاسیون 6.5 و دمای آن 60C بود که این مقادیر با خواص آنزیم ها سازگار است.

خمیرسازی مجدد درون سلول pulcell انجام شد که بر اساس سلول voith است.

حجم کل آن 50lit است و به یک روتورمارپیچ با نظر 26.6 cm,max مجهز شد pulcell به یک سیستم اندازه گیری توان و انرژی مجهز شده.

خواص رئولوژیکی این خمیر ساز توسط دو فرمول 1 و 2 توصیف می شود.

این به ما اجازه می دهد که – فاکتور برشی (pa.s) سوسپانسیون از روی توان خالص اندازه گیری شده در طی فرایند خمیرسازی، محاسبه کنیم.

در این فرمولها NP عدد نیوتن Re عدد ویندولز Fr عدد نرود Pn توان خالص مصرفی بر حسب وات Sچگالی سوسپانسیون بر حسب kg/m3 X فرکانس روتور است بر حسب s-1 شرایط اندازه گیری خواص شامل دما 50C و غلظت %6 و نرخ چرخش (26-162-1) است.

زمان خمیر سازی (TD) براساس شاخص (ISr)Sommerrille تعیین می شود.

اینکه کیفیت خمیر زمانی مناسب است که Isr شاخص Sommer ville بوسیله دستگاهی که دارای یک صافی فلزی است و 765 شکاف طول 0.75mm,45mm عرض اندازه گیری می شود.

اندازه گیری میزان رنگ موجوددر کاغذ و درجه انباشتگی آن بوسیله روش غلظت رنگ باقیمانده موثر (ERIC) انجام می شود.

این پارامتر توسط دستگاههای مربوطه اندازه گیری می شود.

ERIC نسبت ضریب جذب خمیر کاغذ که شامل رنگ است ضریب جذب رنگ در طول موج 95 بدست می آید.

ERIC بصورت بی بید یا بر حسب ppm بیان می شود.

روش ERIC از اندازه گیری بازتابی در ناحیه فردصلاح استفاده می کندکه ضریب جذب رنگ چندین برابر بزرگتر از ضریب جذب فیبر و دیگر اجزا است.

خمیر تجزیه شده در معرض یک مرحله شستشو قرار می گیرد تامیزان رنگ جدا شده و با دوباز ته نشین شده رامحاسبه کند.

مرحله شستشو شامل شستشوی سوسپانسیون روی یک غربال، 60 سوراخه با آب کافی برای min 10 است.

پارامتر جدایش رنگ (IxKp) نیز در اینجابرای کمی کردن میزان رنگی که در فرایند شستشو و فلوتاسیون جدا می شود به کار می رود.

این پارامتر اینگونه بیان می شود.

که در اینجا ERICD همان ERIC ورق های دستی تجزیه شده (ppm) و ERICHW همان ERIC ورقهای دستی شستشو (ppm) است.

برای مقایسه کار بر آنزیم با مواد شیمیایی عمل که درصد تجزیه اضافه میشود آزمایشات دیگری با هیدروکسید سدیم و پروکسید هیدروژن انجام می شود.

غلظت تجزیه ثابت نگه داشته می شود ونسبت هیدروکسیدسدیم با پروکسیدهیدروژن 1:1 است.

ERIC بصورت بعد یا بر حسب ppm بیان می شود.

روش ERIC از اندازه گیری بازتابی در ناحیه فروسرخ استفاده می کند که ضریب جذب رنگ چندین برابر بزرگتر از ضریب جذب فیبرودیگر اجزاء است.

خمیر تجزیه شده در معرض یک مرحله شستشو قرار می گیرد تامیزان رنگ جدا شده و یا دوباره ته نشین شده رامحاسبه کند.

مرحله شستشو شامل شستشوی سوسپانسیون روی یک غربال 60 سوراخه با آب کافی برای 10 دقیقه است پارامتر جدایش رنگ (InKd) نیز در اینجا برای کمی کردن میزان رنگی که در فرایند شستشو و فلوتاسیون جدا می شود بکار میرود.

این پارامتر اینگونه بیان می شود: که در اینجا ERICD همان ERIC ورق های دستی تجزیه شده (ppm) و ERICHW همان ERIC ورقهای دستی شستشو (ppm) است.

نتایج و مباحث آزمایش: مطالعات قبلی که در مورد موضوع این مطالعه به آنها مراجعه شد گزارش داده بودند که کاربرد آنزیم برای رنگ زدایی معمولا در نرخ 0.1%,0.05% صورت می گیرد.

در آزمایش اول این مقدار تقریبا بی تاثیر بود و نتایج گفته شده را نشان نداد.

بنابراین درصد آنزیم مورد استفاده افزود شد به مقادیر 2.25%,0.75% جدول 2 نتایج رنگ زدایی InKD,%1 را بر حسب تابعی از غلظت آنزیم، نوع انزیم، نوع آنزیم، غلظت تجزیه (CD) و زمان تماس بین آنزیم و سوسپانسیون خمیر نشان می دهد.

نتایج می دهند که بهبود قابل ملاحظه ای در جدایش رنگ باکاربرد آنزیم بدست می آید.

به علاوه بغیر از درصد آنزیم، دو متغیر دیگر نیز ممکن است بر تغییر نتایج تاثیر داشته باشد.

اهمیت هر دو متغیرها در جدول 3 بر اساس تجریه تحلیل آماری آمده است.

مقادیر به دست آمده برای دو غلظت تجزیه متفاوت بدون کاربرد آنزیم نشان دهنده این موضوع است که افزایش زمان تماس مقادیر InKD بهتری به دست می دهد.

این یافته ها حاکی است که تماس قبلی روزنامه باطله ها با آب داغ به جدایش رنگ از روزنامه کمک می کند.

این ممکن است به این دلیل باشد که خسیاندن روزنامه ها باعث کاهش قدرت تماس رنگ با روزنامه می شود که به جدا شدن رنگ کمک می کند.

میزان بهبودبرای فرمولاسیون 6% و 10% برابر بود.

میزان فاکتور جدایش (InKD) در آزمایش بدون آنزیم افزایش قابل ملاحظه ای از 6% به 10% غلظت داشت.

این یافته مربوط بود به ضریب ثدرت برش سوسپانسیون که در شرایط اجرایی از 0.35 pas برای 6% غلظت به 2.44pas برای 10% غلظت افزایش یافت.

ترم نشاندهنده مقدار کمیت نیروهای کلی است که در پروسه جدایش نقش دارند مثل نیروی مکانیکی مقاوم روی روتور، دیواره ها و شتاب و ویسکوزیته بنابراین افزایش InKD منطقی است وقتی که میزان غلظت افزایش می یابد زیرا نیروی برش بیشتر بین فیبرها باعث جدایش بیشتر می شود.

همچنین مشاهده شد که InKD با افزایش زمان خیساندن وقتی که هیچ آنزیمی به خمیر اضافه نشود حتی در غلظت های بالاتر، تغییر چندانی نمی کند.

نتایج ERICHW بدست آمده با آنزیم های مختلف بامواد شیمیایی معمولی مقایسه شد(جدول 4) درجه جدایش به دست آمده با مخلوطی از 1%NaoH+1%H2O2 هم مرتبه یا کوچکتر از نتایج به دست آمده از کاربرد E1و E2 است در شرایط کاری مشابه این نشان میدهد که محصولاتی مثل آنزیم بسیار مناسب تر اند و می تواند مواد شیمیایی رابا آنها جایگزین کرد.

نتایج آزمایشات E2.E1 نتایج قطعی در مورد برتری هر کدام نمیدهد زیرا اختلاف بین فعالیت آنها بسیار کم است.

علاوه بر آن مقادیر به طور قابل ملاحظه ای متفاوت از آنهایی که از زیرلایه های مختلف (جدول 1) بدست می آید که اختلاف فاحشی بین E2,E1 دیده شد.

این به این معنی است که محاسبه کارکرد آنزیم یا رفتار آنزیم باید با استفاده از یک زیر لایه مشابه بدست آید.

از طرف دیگر نتایج بسیار امیدبخشی از ERIC حامل از شستشو بدست آمد (جدول 5) با مقایسه مقادیر InKD با نتایج به دست آمده با رنگ زدایی معمول (جدول 4) بهبود قابل ملاحظه ای در مرحله خمیرسازی مجدد مشاهده شد.

این می تواند برای کل سوسپانسیون برای رسیدن به کیفیت بالای رنگ زدایی به یکی از روش شستشو یا فلوتاسیون مفید باشد.

جداسازی رنگ کاملا به راندمان جدا شدن فیبرها و مصرف انرژی مخصوص بستگی دارد.

بهینه سازی جداسازی رنگ و حفاظت محیط زیست به وسیله این دو مفهوم بررسی می شود.

هدف اصلی از جداسازی فیبرها جداکردن و تفکیک ورق ها و دانه هاست تا به ترتیب بتوان به یک سوسپانسیون مناسب جهت تولید اتی کاغذدست یافت وهدف کلی تولید با کمترین هزینه با کمترین مصرف انرژی ممکن است.

به علاوه با کنترل زمان جداسازی فیبر (مصرف انرژی) می توان از خرده خرده جمع شدن شدید رنگ، که ممکن است باعث ته نشین شدن دوباره رنگ روی فیبرها شود، جلوگیری کرد( این پدیده می تواند جداسازی کامل را غیرممکن سازد) مطالعه تجزیه به عنوان تابعی اززمان کینتیک خمیرسازی ، نشان میدهد که تغییرات شاخص (Irv)Sommerville بر یک مطالعه کنیتیک درجه یک منطقی است.

تغییرات Isr بصورت تابعی از زمان برای غلظت 6%و10% با رونور با سرعت 18.33 s-1 و دمای 50C مشخص شده است.