國(guó)家重大技術(shù)裝備研制和重大產(chǎn)業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)專項(xiàng)項(xiàng)目資金申請(qǐng)報(bào)告-文庫(kù)吧
2024-11-14 13:45 本頁(yè)面
【正文】 縮短工藝流程和生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，減 少環(huán)保處理污水量，降低能耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面均具有十分重要的作用，因此，其推廣應(yīng)用領(lǐng)域廣，適用價(jià)值高，徹底改進(jìn)傳統(tǒng)的棉織物前處理工藝，其意義非常深遠(yuǎn)。 隨著全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)的日益重視，印染企業(yè)的傳統(tǒng)工藝受到很大挑 戰(zhàn)。近年來(lái)，印染用生物酶制劑得到了飛速的發(fā)展，特別是用于印染前處理的生物酶制劑，更得到了相當(dāng)?shù)难芯亢桶l(fā)展。生物酶用于棉織物的前處理有一定的研究基礎(chǔ)，具有良好的可行性，但目前的研究依然將前處理分為退漿、煮練和漂白三個(gè)工序，加工時(shí)間較長(zhǎng)。 日本坂井拓夫最早發(fā)現(xiàn)原果膠酶可用于棉織物精練，處理后棉的潤(rùn)濕性與化學(xué)精練相同。后來(lái) Novo Nordik 的科學(xué)家分離出一種堿性果膠酶，能快速催化初生胞壁基質(zhì)中聚半乳糖醛酸鹽的水解，既溶解掉果膠質(zhì)、又使蠟質(zhì)大部分乳化而除去，不會(huì)重新沾污，而且織物重量和強(qiáng)力的損失比堿煮或纖維 素酶處理都小，是比較良好的煮練助劑。 對(duì)于退漿精練后的棉籽殼問(wèn)題， Byme提出用木聚糖酶處理，因木聚糖酶能部分降解棉籽殼木質(zhì)纖維素，故可使此問(wèn)題得到 — 定程度的改善。 棉織物酶漂白可采用如下兩種方法； (1)直接法漂白， (2)間接法漂白。直接法漂白是在 H2O2和 O2存在下，用過(guò)氧化酶與蟲(chóng)漆酶對(duì)織物 8 進(jìn)行漂白。間接法漂白是利用生物酶將淀粉變?yōu)槠咸烟呛螽a(chǎn)生 H2O2，再利用其間接氧化漂白，所用酶為葡萄糖淀粉酶及葡萄糖氧化酶。其作用機(jī)理是，淀粉在葡萄糖淀粉酶的作用下轉(zhuǎn)化為β 葡萄糖，β —葡萄糖再在葡萄糖氧化酶的作用下產(chǎn) 生 H2O2和葡萄糖酸， — 方面 H2O2對(duì)織物漂白，另一方面葡萄糖酸能和金屬離子螯合、使漂白浴穩(wěn)定、防止纖維脆化。用此方法漂白的織物白度達(dá)到 。雖比常規(guī)相同濃度 H2O2堿性漂白 (白度為 )稍差，但織物手感柔軟、厚實(shí)。 日本《纖維加工》雜 志 《棉織物的一浴法酶退漿、精練》介紹將α－淀粉酶和原果膠酶并用，試驗(yàn)了棉織物一浴酶退漿、精煉加工。經(jīng)試驗(yàn)，了解到在一浴退漿、精練時(shí)，要選擇和原果膠酶相容性好的淀粉酶，并在一定工藝技術(shù)的輔助使用，處理時(shí)間為 30 分鐘的一浴酶退漿、精練是可行的。 從上述敘述可以看出，生物酶 用于棉織物的前處理目前的應(yīng)用主要是分階段使用的，并逐步向多道工序并用方向發(fā)展，從我們所能檢索到的資料看，國(guó)外已經(jīng)提到用生物酶進(jìn)行退、煮、漂一步處理的研究，但沒(méi)有涉及研究的具體內(nèi)容和進(jìn)展，更沒(méi)有可用于棉織物退、煮、漂一浴處理的生物酶供應(yīng)市場(chǎng)。 國(guó)內(nèi)研究應(yīng)用生物酶處理技術(shù)水平與國(guó)外相比還存在較大的差距，且主要處于應(yīng)用單一酶種和單一工序的應(yīng)用研究，如關(guān)于淀粉酶、煮煉酶、果膠酶、纖維素酶、雙氧水分解酶等的具體應(yīng)用工藝探討的文獻(xiàn)較多，而對(duì)于如何將多種酶在一道工序，相同條件下實(shí)現(xiàn)不同作用的研究應(yīng)用較少。 縱觀國(guó)內(nèi)外生物 酶在紡織染整領(lǐng)域的應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展，單一酶種、單一工序的生物酶處理技術(shù)已經(jīng)比較普遍，而減少工序，多種生物酶并用已成為發(fā)展趨勢(shì)，該技術(shù)獲得突破，其市場(chǎng)推廣應(yīng)用的價(jià)值 9 將非常巨大。 本項(xiàng)目與東華大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作，針對(duì)國(guó)際生物酶處理技術(shù)前沿進(jìn)行研究，為本項(xiàng)目的實(shí)施作了 大量的調(diào)研和技術(shù)準(zhǔn)備工作，理論和實(shí)驗(yàn)室研究均取得一定的進(jìn)展，為 項(xiàng)目提供技術(shù)保障。 1）研究了單一生物酶的應(yīng)用技術(shù)，對(duì)退漿酶、精練酶的 應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行研究 和應(yīng)用 ，對(duì)漂白酶的作用機(jī)理和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)進(jìn)行了研究，并在淮北印染、銅陵 華源、蕪湖中天印染進(jìn)行了推廣應(yīng)用，獲得了良好的效果； 2）研究了退漿和精練一浴法技術(shù)，在棉印染企業(yè)進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)，為本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)積累了經(jīng)驗(yàn) ； 3）對(duì)生物酶技術(shù)在印染等行業(yè)的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究，為項(xiàng)目研發(fā)積累了理論基礎(chǔ)。 主要研制開(kāi)發(fā)內(nèi)容 1） 建立不同生物酶活力的測(cè)試方法。 2） 收集目前市場(chǎng)上提供的可以用于棉織物退漿、煮練和漂白加工的所有的生物酶。用它們分別對(duì)棉織物進(jìn)行退漿、煮練和漂白處理，測(cè)試它們的處理效果，并與傳統(tǒng)的化學(xué)法的處理效果進(jìn)行比較，選擇具有較好處理效果的酶。 3） 將效果 較好的退漿酶、煮煉酶、漂白酶等混合使用，研究 10 不同酶混合后的效果，選擇具有協(xié)同作用的退漿酶、煮煉酶、漂白酶等復(fù)配。 4） 復(fù)配生物酶的最佳使用溫度在 60℃左右，處理時(shí)間少于 2小時(shí)，處理效果要達(dá)到并超過(guò)目前的化學(xué)法處理效果。 5） 使用復(fù)配的生物酶對(duì)棉織物進(jìn)行退、煮、漂一浴處理，總體加工成本（包括酶制劑、能耗等）與目前化學(xué)法相比，成本降低。 6） 選擇具有協(xié)同作用的退漿酶、煮煉酶、漂白酶等生物酶，并開(kāi)發(fā)相關(guān)助劑是本項(xiàng)目的關(guān)鍵。 考核目標(biāo) 項(xiàng)目研究開(kāi)發(fā)的一浴法生物酶處理技術(shù)，其處理效果將達(dá)到化學(xué)處理效果，但處理時(shí)間、溫度、能 耗等大大降低，產(chǎn)生的污水易于處理或經(jīng)簡(jiǎn)單處理可以排放，其可考核的目標(biāo)及技術(shù)指標(biāo)為：研制出一浴法復(fù)合生物酶；完成設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室投資；退漿率： 95％；毛效： 10cm；果膠殘留： 12～ 15％；撕裂強(qiáng)度下降： ～ 1％；白度要求基本與化學(xué)方法一致；用水量：比傳統(tǒng)法減少 40～ 50％；廢液中鹽的濃度：比傳統(tǒng)法減少 40～ 50％； BOD: 比傳統(tǒng)法減少 60～ 80％； COD: 比傳統(tǒng)法減少 60～ 80％。 實(shí)施方式 酶的特性 酶是一類天然的高分子量蛋白質(zhì) ,可催化化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程 ,被譽(yù)為“ 生物催化劑”。作為催化劑 ,酶具有以下特性 ： 11 （ 1） 專一性 ： 酶的專一性體現(xiàn)為一種酶只能作用于一種或一類結(jié)構(gòu)相似的底物 ,并催化某種類型的反應(yīng)。然而酶的專一性程度視酶的種類不同而有所差異。大多數(shù)酶呈絕對(duì)或幾乎絕對(duì)專一性 ,只催化一種底物反應(yīng) 。少數(shù)專一性程度低的酶 ,可作用多種底物。 （ 2） 高效性 ： 酶催化反應(yīng)的速率極高 ,一般可達(dá)幾百萬(wàn)倍。例如 ,過(guò)氧化氫酶在催化分解雙氧水漂白后剩余的過(guò)氧化氫反應(yīng)中 ,一分子的過(guò)氧化氫酶在 1ｓ內(nèi)可催化分解 500 萬(wàn)個(gè)雙氧水分子 ,可見(jiàn)其效率相當(dāng)高。 （ 3） 溫和性 ： 大多數(shù)酶催化反應(yīng)均可在常溫常壓的 溫和條件下進(jìn)行 ,因而較易控制 ,操作環(huán)境較安全。 酶的催化機(jī)理 酶催化某一特定的化學(xué)反應(yīng)是通過(guò)降低該反應(yīng)的活化能實(shí)現(xiàn)的。它與底物的作用方式被喻為“鑰匙鎖”原理 ,先與底物形成酶 底物絡(luò)合物 ,改變底物的能量 ,使其易于發(fā)生轉(zhuǎn)變 。而反應(yīng)結(jié)束后 ,酶催化劑與其他所有的催化劑一樣 ,仍保持原狀 ,并可進(jìn)行其他更進(jìn)一步的轉(zhuǎn)化。因此只需要少量的酶便足以維持反應(yīng)的進(jìn)行。酶催化反應(yīng)的進(jìn)程可表示為 : Ａ +Ｅ → Ａ Ｅ → Ｅ +Ｂ 式中 :Ａ —— 底物 。 Ｂ —— 產(chǎn)物 。 Ｅ —— 酶。 酶失活 酶催化反應(yīng)進(jìn)行到一定程度后 ,要采 取一定措施使酶失活 ,如不及時(shí)使其失活 ,會(huì)造成纖維損壞 ,嚴(yán)重時(shí)織物完全毀壞。通常通過(guò)改變溫度或 pH值來(lái)實(shí)現(xiàn)酶失活 ,有時(shí)亦可采用化學(xué)品使其“中毒”而失活。 12 酶處理的應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 隨著生物酶技術(shù)的不斷發(fā)展 ,酶在紡織品染整加工中的應(yīng)用可涵蓋大部分工序 (如圖 1),如纖維素纖維退漿、精練、漂白、整理 (如生物拋光、生物石洗 ),羊毛炭化 ,真絲精練和麻纖維漚麻處理等。 圖 1 生物酶在織物染整加工中的應(yīng)用 (資料來(lái)源 :Novozy mes A/S) 酶在染整加工中的應(yīng)用之所以不斷擴(kuò)大 ,得益于酶處理所具有的下列優(yōu)勢(shì) : (1)大大提高反應(yīng)速度 ,節(jié)省時(shí)間 。 (2)僅對(duì)特定的底物起作用 ,對(duì)基質(zhì)損傷小或無(wú)損傷 。 (3)反應(yīng)條件溫和 。 (4)操作安全 ,易控制 。 (5)可取代強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等化學(xué)品 。 13 (6)無(wú)毒 ,可生物降解 。 (7)降低水以及能源的消耗。 酶在染整
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