کاغذ باطله استفاده شده A4 با وزن 70g/cm2 بوده که توسط پرینتر لیزری چاپ شده و مساحت ناحیه چاپ شده 80% در یک صفحه.
تعیین میزان فعالیت آنزیم.
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 100c 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 50 C 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 55 Cو50 C بود.
در دمای 55 C 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.