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生物酶在棉针织物前处理加工中的应用研究

作　者: 吕涛
导　师: 王世明
学　校: 南京理工大学
专　业: 生物化工
关键词: 棉针织物生物酶精练前处理果胶酶纤维素酶
分类号: TS192
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

传统印染前处理盐碱用量大、能耗高、并排放大量水污染物,会对环境造成很大的危害。生物酶技术因其具有高效、节能、节约原材料等特点,有望取代传统前处理工艺,具有广阔的应用前景。本研究针对棉针织物前处理过程,开展了生物酶前处理的应用研究,为此技术在棉印染行业的推广应用提供理论和技术支持,从而推动棉印染行业内的清洁生产和节能减排。本文首先通过对果胶酶、纤维素酶、脂肪酶和蛋白酶这四类9种酶的酶活测试,研究了温度、pH等对各类酶酶活的影响,确定各单酶的最适使用条件,并以果胶去除率、毛效、强力损失作为表征织物精练效果指标,探讨了各单酶及复配酶的精练效果,试验表明碱性果胶酶BioPrep3000L的精练效果远远优于酸性果胶酶PL-300,其中加入适量的纤维素酶963能提高碱性果胶酶的精练效果,而添加脂肪酶、蛋白酶对碱性果胶酶BioPrp3000L的精练效果没有改善甚至产生了负面影响。因此,复合酶制剂应以碱性果胶酶为主,纤维素酶为辅。此外,通过响应面（Response Surface Methodology,RSM）分析法优化了生物酶前处理工艺条件,研究表明：pH在8-9之间时,随pH的变化,果胶去除率只有轻微的波动；处理温度在55℃-65℃之间时,随着温度的上升,果胶去除率逐渐降低,确定复合酶精练最适温度是55℃；果胶去除率随着处理时间的延长及酶用量的增加而显著提高。利用软件Minitab 15进行响应优化并分析各因素对果胶去除率的贡献,结合成本以及生产要求,推荐工艺为pH 8.5（1／15 M NaOH/NaH₂P04）,温度55℃,处理时间35 min,碱性果胶酶0.03％（o.w.f）,纤维素酶0.1 g/L,JFC 0.2g/L,浴比1：20为最优工艺条件,经过试验验证果胶平均去除率为75.0%,取得较理想的精练效果。其次,研究了渗透剂、螯合剂及离子强度等对生物酶精练效果的影响,研究结果表明：渗透剂在生物酶精练中必不可少,且非离子表面活性剂（JFC）相对于离子表面活性剂有更好的效果；螯合剂（EDTA）有助于生物酶精练,当用量为0.05 mmol/g底物时效果最佳；离子强度（K₂HP04用量）的增加有利于果胶的去除。在研究果胶去除率随酶用量及处理时间的变化关系时,发现函数y=αX^b能够拟合果胶去除率随处理时间变化的规律。复合酶用量、K₂HP04（缓冲盐）用量及处理时间是影响精练效果的三个主要因素,通过对这三个因素的正交试验及方差分析,确定最佳应用工艺条件为：碱性果胶酶BioPrep3000L,0.05％（o.w.f）；纤维素酶963,0.1 g/L；K2HP042 g／L,处理时间30 min；pH值在8-9之间；温度55℃。该工艺果胶去除率可以达到75%。最后,通过中试研究,比较了生物酶处理工艺与传统碱处理的精练效果,并对此工艺的环境效益和经济效益进行分析。结果表明生物酶前处理织物的毛效、白度、果胶去除率及染色性能与传统碱处理工艺相当,但织物失重率及强力损失明显降低,排水量只有传统碱处理工艺的50%,且废水可生化性提高(BOD₅/COD_Cr值提高了14.7%),CODcr降低了19.7%,节水减排效果明显。当染深色布时酶处理工艺与碱煮漂白分步工艺和碱氧—浴法工艺相比,成本分别下降63.6%和54.1%；当染浅色布时酶处理工艺与碱煮漂白分步工艺比较,成本下降21.6%,比碱氧—浴法工艺成本略低。可见,生物酶处理工艺有较好的经济效益和社会效益,是一种值得推广的技术。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-22
  1.1 前言  10
  1.2 文献综述和应用进展  10-19
    1.2.1 棉针织物前处理方法  10-11
    1.2.2 棉针织物碱前处理现状  11-14
      1.2.2.1 碱精练的作用机制  11-13
      1.2.2.2 棉针织物碱前处理的问题  13-14
    1.2.3 棉针织物生物酶前处理存在问题  14-15
      1.2.3.1 去除棉籽壳效果较差  14
      1.2.3.2 织物润湿性有待提高  14-15
      1.2.3.3 织物白度的问题  15
    1.2.4 精练生物酶种类、性质和作用  15-17
      1.2.4.1 果胶酶  15-16
      1.2.4.2 纤维素酶  16
      1.2.4.3 蛋白酶  16-17
      1.2.4.4 脂肪酶  17
    1.2.5 棉针织物生物酶前处理工艺的现状  17
    1.2.6 生物酶在棉针织物染整中的应用  17-19
      1.2.6.1 生物酶在精练中的应用  18
      1.2.6.2 生物酶在去除过氧化氢中的应用  18
      1.2.6.3 生物酶在织物整理中的应用  18-19
      1.2.6.4 生物酶在皂洗中的应用  19
  1.3 研究目的、研究内容、技术路线和研究难点  19-22
    1.3.1 研究目的  19-20
    1.3.2 研究内容  20
    1.3.3 技术路线  20
    1.3.4 研究难点  20-22
2 试验研究的材料、仪器及方法  22-26
  2.1 试验材料  22-23
    2.1.1 试样  22
    2.1.2 试剂  22-23
  2.2 试验仪器  23-24
  2.3 试验工艺及试验方法  24
  2.4 测试指标和方法  24-26
    2.4.1 果胶质含量测定  24
    2.4.2 织物润湿性及测试  24-25
    2.4.3 织物白度及测试  25
    2.4.4 顶破强力及测试  25
    2.4.5 染色性能及测试  25-26
3 棉针织物生物酶前处理各单酶性质研究  26-43
  3.1 果胶酶最适条件的研究  26-30
    3.1.1 酸性果胶酶最适条件的研究  26-28
    3.1.2 碱性果胶酶最适条件的研究  28-30
  3.2 纤维素酶最适条件的研究  30-36
    3.2.1 纤维素酶C1800最适条件测定  30-32
    3.2.2 纤维素酶Cellusoft CR最适条件测定  32-34
    3.2.3 纤维素酶C800最适条件测定  34-35
    3.2.4 纤维素酶963最适条件测定  35-36
  3.3 脂肪酶最适条件测定  36-39
  3.4 蛋白酶最适条件测定  39-42
  3.5 本章小结  42-43
4 棉针织物前处理复合酶制剂的研制及工艺条件优化  43-62
  4.1 生物酶处理工艺试验  43-48
    4.1.1 酸性果胶酶棉针织物处理试验  43-45
    4.1.2 碱性果胶酶棉针织物处理试验  45-47
    4.1.3 碱性果胶酶和纤维素酶混合棉针织物处理试验  47
    4.1.4 碱性果胶酶分别与脂肪酶、蛋白酶混合处理试验  47-48
  4.2 复合酶制剂的组成分析研究  48-49
  4.3 复合酶制剂在棉针织物前处理中的应用研究  49-60
    4.3.1 响应面分析法确定复合酶精练最佳使用条件  49-54
    4.3.2 渗透剂、螯合剂、离子强度对复合酶精练效果的影响  54-57
      4.3.2.1 渗透剂对生物酶精练效果的影响  54-56
      4.3.2.3 螯合剂(EDTA)对生物酶精练效果的影响  56
      4.3.2.4 离子强度对生物酶精练效果的影响  56-57
    4.3.3 生物酶精练果胶去除率规律研究  57-58
    4.3.4 正交试验确定复合酶精练最佳应用工艺条件  58-60
  4.4 本章小结  60-62
5 棉针织物生物酶前处理的应用研究  62-73
  5.1 棉针织物生物酶前处理工艺路线的确定  62-63
  5.2 复合酶前处理和传统前处理效果比较  63-67
    5.2.1 前处理工艺  63-65
      5.2.1.1 传统前处理工艺  63-64
      5.2.1.2 复合生物酶Scourzyme NP处理工艺  64-65
      5.2.1.3 复配酶处理工艺  65
    5.2.2 织物应用性能对比  65-67
  5.3 中试及织物应用性能、环境效益和经济效益对比  67-71
  5.4 本章小结  71-73
6 主要结论与建议  73-75
  6.1 主要结论  73-74
  6.2 建议  74-75
致谢  75-76
参考文献  76-78

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