تاثیر پیش‌تیمار آنزیمی خمیرکاغذ بازیافتی با توالی ترکیبی سلولاز و لاکاز در رنگ‌بری با پراکسید هیدروژن

سابقه و هدف: بازیافت فرآورده‌های مختلف کاغذی و مقوا می‌تواند بخش عمده کمبود مواد اولیه سلولزی موردنیاز برای تولید خمیروکاغذ را تامین کند و از نظر اقتصادی و زیست‌محیطی می‌تواند حائز اهمیت باشد. استفاده از خمیرکاغذ بازیافتی در کاغذسازی موجب کاهش کیفیت کاغذ نهایی می‌شود. لذا استفاده از پیش‌تیمار آنزیمی به‌طور مجزا یا توالی‌های ترکیبی و همچنین رنگ‌بری خمیرکاغذ می‌تواند در بهبود ویژگی‌های کیفی کاغذ نهایی حاصل از خمیرکاغذ بازیافتی موثر واقع شود. این پژوهش با هدف بررسی تاثیر پیش‌تیمار آنزیمی با توالی ترکیبی سلولاز و لاکاز بر قابلیت رنگ‌بری خمیرکاغذ حاصل با پراکسید هیدروژن انجام شده است و ویژگی‌های کیفی خمیرکاغذ نهایی بعد از فرآیند رنگ‌بری مورد بررسی قرار گرفت.مواد و روش‌ها: در ابتدا مخلوط کاغذهای روزنامه و مجله باطله با استفاده از پیش‌تیمار آنزیمی (توالی ترکیبی سلولاز و لاکاز) و همچنین روش متداول شیمیایی مرکب‌زدایی شدند. پیش‌تیمار آنزیمی در قالب تیمارهای آزمایشی c1l1 (مصرف آنزیم سلولاز: 0.1 درصد و مدت زمان: 10 دقیقه؛ مصرف آنزیم لاکاز: 20u و مدت زمان: 120 دقیقه)، c1l2 (مصرف آنزیم سلولاز: 0.1 درصد و مدت زمان: 10 دقیقه؛ مصرف آنزیم لاکاز: u40 و مدت زمان: 120 دقیقه)، c2l1 (مصرف آنزیم سلولاز: 0.1 درصد و مدت زمان: 20 دقیقه؛ مصرف آنزیم لاکاز: 20u و مدت زمان: 120 دقیقه) و c2l2 (مصرف آنزیم سلولاز: 0.1 درصد و مدت زمان: 20 دقیقه؛ مصرف آنزیم لاکاز: u40 و مدت زمان: 120 دقیقه) تحت شرایط مشخص فرآیندی انجام گرفت. همچنین نمونه خمیرکاغذ شاهد (بدون افزودن مواد شیمیایی یا آنزیم) و خمیرکاغذ مرکب‌زدایی شده به روش متداول شیمیایی تهیه شدند. در ادامه رنگ‌بری خمیرکاغذهای مرکب‌زدایی شده با استفاده از سیستم رنگ‌بری با پراکسید هیدروژن شامل 2% پروکسید هیدروژن، 2% هیدروکسید سدیم، 2% سیلیکات سدیم، 0.2% کی‌لیت کننده dtpa و 0.1% سولفات منیزیم در داخل کیسه‌های پلاستیکی مجزا تحت شرایط فرآیندی درصد خشکی 10%، دمای 70 درجه سانتی‌گراد و مدت زمان 2 ساعت در حمام بخار آب انجام گرفت. در پایان ویژگی‌های نوری و مقاومتی خمیرکاغذهای رنگ‌بری شده مورد ارزیابی قرار گرفتند.یافته‌ها: نتایج ارزیابی خمیرکاغذهای رنگ‌بری شده با پراکسید هیدروژن پس از مرکب‌زدایی با روش متداول شیمیایی و توالی‌های پیش‌تیمار آنزیمی سلولاز و لاکاز نشان داد که استفاده از پیش‌تیمار آنزیمی با توالی سلولاز و لاکاز در مرکب‌زدایی، عملکرد کلی فرآیند رنگ‌بری با پراکسید هیدروژن را بهبود می‌بخشد و در مقایسه با خمیرکاغذ از پیش مرکب‌زدایی شده به روش متداول شیمیایی، کاغذهای با ویژگی‌های نوری و مقاومتی به مراتب بهتری را بعد از رنگ‌بری نتیجه داده است. پیش‌تیمارهای c2l2 و c2l1 در بین‌تیمارهای ترکیبی آنزیمی بعد از رنگ‌بری با پراکسید هیدروژن، به‌ترتیب منجر به بهبود درجه روشنی به میزان 11.12 درصد (افزایش حدود 5 واحد) و 9.5 درصد (افزایش حدود 4 واحد) شدند. سفیدی کاغذ نیز در این پیش‌تیمارها به‌ترتیب به میزان 31.92 درصد و 24.54 درصد (افزایش حدود 9 و 6 واحد) افزایش یافته و زردی کاغذها نیز به‌ترتیب به میزان 40.19 و 44.25 درصد و ماتی کاغذ به‌ترتیب 37.74 و 23.97 درصد کاهش یافتند. همچنین، در تیمارهای آزمایشی c2l1 و c2l2، شاخص کششی کاغذ به‌ترتیب 29.17 درصد و 35.64 درصد (به‌ترتیب nm/g 40.64 و nm/g 38.7، طول پارگی به‌ترتیب 64.42 درصد و 99 درصد (km 5.92 و km 4.89) و شاخص ترکیدگی کاغذ نیز به‌ترتیب به میزان 70.85 درصد و 92.37 درصد (به‌ترتیب mn.m^2/g 3.81 و kpa.m^2/g 4.29) افزایش یافتند. شاخص‌های پارگی کاغذ در این تیمارها به‌طور متوسط در حدود mn.m^2/g 6.82 و mn.m^2/g 6.62 تعیین شدند که در مقایسه با خمیرکاغذ مرکب‌زدایی شده شیمیایی پس از رنگ‌بری کمی کمتر است اما در پیش‌تیمار با توالی ترکیبی c2l1 ، شاخص پارگی تقریباً معادل خمیرکاغذ مرکب‌زدایی شده شیمیایی به‌دست آمد.نتیجه گیری: نتایج این پژوهش نشان داد که توالی های ترکیب آنزیمی سلولاز و لاکاز، قابلیت رنگ بری خمیرکاغذ با پراکسید هیدروژن را در مقایسه با خمیرکاغذ مرکب زدایی شده شیمیایی به طور قابل ملاحظه ای بهبود بخشید و کاغذهای با ویژگی های نوری و مقاومتی بهتری نیزبه دقت آمده است. بهترین ویژگی های نوری و مقاومتی کاغذ بعد از رنگ بری با پراکسید هیدروژن در توالی های پیش تیمار آنزیمی c2l2 و c1l2 مشاهده شده است.

the effect of enzymatic pre-treatment of recycled pulp with the combined sequence of cellulase and laccase in hydrogen peroxide bleaching

background and objectives: the use of recycled pulp in papermaking reduces the quality of the resultant papers. hence, employing enzyme pre-treatment in isolation or in combination with sequential pulp bleaching methods can prove to be effective approaches for enhancing the quality of the end product derived from recycled pulp. this study was undertaken to examine the impact of cellulase and laccase enzyme pre-treatment sequences on the bleachability of the resultant pulp with hydrogen peroxide, as well as to assess the quality of the final pulp following the bleaching process.materials and methods: at first, the mixture of waste newspaper and magazine papers were deinked using enzyme pre-treatment (combined sequence of cellulase and laccase) as well as conventional chemical method. enzymatic pre-treatment was done as experimental treatments c1l1 (cellulase usage: 0.1% and duration time: 10 minutes; laccase usage: 20u and duration time: 120 minutes), c1l2 (cellulase usage: 0.1% and duration time: 10 minutes; laccase usage: 40u and duration time: 120 minutes), c2l1 (cellulase usage: 0.1% and duration time: 20 minutes; laccase usage: 20u and duration time: 120 minutes) and c2l2 (cellulase usage: 0.1% and duration time: 20 minutes; laccase usage: 40u and duration time: 120 minutes) under specific process conditions. additionally, control pulp samples (without the addition of chemicals or enzymes) and chemically deinked pulp samples were prepared. the bleaching of the deinked pulp was then conducted using a hydrogen peroxide bleaching system, which consisted of 2% hydrogen peroxide, 2% sodium hydroxide, 2% sodium silicate, 0.2% dtpa chelating agent, and 0.1% magnesium sulfate. the bleaching process took place in separate plastic bags, under specific process conditions of 10% consistency, a temperature of 70 °c, and a duration of 2 hours in a water bath. finally, the optical and strength characteristics of the bleached pulp were assessed.results: the findings revealed that incorporating enzyme pre-treatment during the deinking process enhances the overall efficiency of hydrogen peroxide bleaching. consequently, the resulting papers exhibited superior optical and strength characteristics after bleaching, as compared to pulp that underwent conventional chemical-based deinking. specifically, the application of c2l2 and c2l1 enzymatic pre-treatments, followed by bleaching with hydrogen peroxide, resulted in brightness improvements of 11.12% (equivalent to approximately 5 units) and 9.5% (equivalent to approximately 4 units), respectively. in these pretreatments, the whiteness of the paper increased by 31.92% and 24.54% (an increase of about 9 and 6 units), respectively. also, the yellowness of the paper decreased by 40.19% and 44.25%, respectively, and the opacity of the paper reduced by 37.74% and 23.97%, respectively. also, in experimental runs of c2l1 and c2l2, the paper tensile index increased 29.17% and 35.64%, respectively (40.64 nm/g and 38.7 nm/g, respectively), breaking length enhanced by 64.42% and 99%, respectively (5.92 km and 4.89 km), and the paper burst index also increased by 70.85% and 92.37% (3.81 mn.m2/g and 4.29 kpa.m2/g), respectively. the tear indices of the paper in these experiments were found to average approximately 6.82 mn.m2/g and 6.62 mn.m2/g, which are slightly lower compared to the chemically deinked pulp after bleaching. however, in the pretreatment utilizing the combined sequence c2l1, the tear index of the paper was nearly equivalent to that of the chemically deinked pulp.conclusion: the findings demonstrate that the combined sequences of cellulase and laccase resulted in a substantial enhancement in the bleachability of pulp with hydrogen peroxide, surpassing that of chemically deinked pulp. moreover, these enzymatic pre-treatment sequences led to the production of papers with superior optical and strength properties. notably, the most favorable optical and strength characteristics were observed in the c2l2 and c1l2 enzymatic pre-treatment sequences following hydrogen peroxide bleaching.