二氧化氯處理組合物和方法

2023-08-08 14:32:46 2

專利名稱：：二氧化氯處理組合物和方法
技術領域：
：本發明涉及用於改進二氧化氯處理工藝，如紙漿脫木質化(pulpdelignification)和漂白工藝的方法和組合物。
背景技術：
：二氧化氯是紙漿及造紙工業(pulpandpaperindustry)中最廣泛使用的脫木質化劑/漂白劑之一，其提供了高質量、低成本的脫木質化和漂白方法。二氧化氯處理優於氯漂白方法之處在於，它實際上消除了排入環境的所有二嗯英(dioxin)，並因此有助於紙漿及造紙生產(pulpandpapermanufactures)採用環境友好的方法並滿足環境要求。因此，二氧化氯處理的使用正在增加並且大多數紙漿及造紙廠目前具有至少一個二氧化氯脫木質化或漂白階段。二氧化氯處理也已用於處理廢水、汙泥(sludge)和其它工業生產液流(processstreams)。在二氧化氯處理方法中，一些二氧化氯轉變成氯酸鹽和亞氯酸鹽，這降低了二氧化氯處理的效率。已提出了多種方法以通過減少氯酸鹽和亞氯酸鹽的形成去改進二氧化氯處理方法的效率。例如，Segeretal.，Chiang,Tappi丄,1"2，75(7):174_180公開了兩步高-pH和低-pH方法，認為該方法在較高的pH減少了氯酸鹽的形成並且亞氯酸鹽在低pH步驟中變得易起反應。Joncourtetal.,InternationalSymp.WoodPulpingChemistry,Montreal,Jun.9-12，1997公開了鐵從亞氯酸鹽中再生二氧化氯的用途。Jiang等美國專利號6,235,154公開了用曱醛通過從亞氯酸鹽中再生二氧化氯來改進二氧化氯脫木質化或漂白的方法。需要新的組合物和方法來改進二氧化氯處理的效率和有效性，所述二氧化氯處理包括二氧化氯脫木質化和漂白方法。發明概述本發明涉及通過使紙漿與二氧化氯和過氧化物酶和/或漆酶反應用於二氧化氯脫木質化和/或漂白工藝的方法和組合物。依據本發明，將過氧化物酶和/或漆酶加入二氧化氯脫木質化和/或漂白步驟中。雖然不受限於任一操作理論，認為將過氧化物酶和/或漆酶加入二氧化氯處理組合物導致二氧化氯乂人亞氯酸鹽再生，從而在紙漿的漂白過程中導致改進的脫木質化和/或增白(brightening)。本發明涉及用於廢水、汙泥或任何其它工業生產液流的二氧化氯處理的方法和組合物。依據本發明，將過氧化物酶和/或漆酶加入二氧化氯處理步驟以改進二氧化氯處理方法。發明詳述"過氧化物酶，，指過氧化物酶(E.C.1.11.1.7)和/或卣素過氧化物酶(haloperoxidase),例^口，1尤選氯4匕4勿過氧4匕4勿酶(chlorideperoxidase)(E.C.I.11.1.10)。優選，過氧化物酶是酸穩定的過氧化物酶。可以從任何適宜的來源獲得過氧化物酶，例如，來自植物(例如大豆過氧4匕物酶或-束才艮過氧4匕物酶(soybeanorhorseradishperoxidase)),和來自樣i生物(真菌和細菌，例如，例如可從鬼傘屬(copn'"us)菌才朱例如灰蓋鬼傘(copn力wsc/"ehws)或長才艮鬼傘(coprz力wsWflcrar/zizw力或芽孑包桿菌屬(5ac/〃w力菌才朱如短'J、芽孢桿菌CSac/〃w/ww7w)中獲得過氧化物酶)。一些優選的真菌來源包括屬於半4口菌亞門(Deuteromycotina),絲孑包菌類(classHyphomycetes)的菌才朱，l列i口鐮孑包屬(Fwsa"'謂)、腐質黴屬(//謹/co/a)、木黴屬(7Hcofifer附a)、漆斑菌屬(il^ra^zec/Mm)、專侖才支孑包屬(K/^cz'〃wm)、爿W/zrawycas、卡爾黑黴屬(Ca/^bn'owyces1)、單格孑包屬(L7oc/"(i/謂)、五wZe〃/w'a、枝孑包屬(C7"(iaspw7-Mm)或Z)mscWera，具體為尖鐮孑包(Fwsan'w附ox少5porww)(DSM2672)、特異腐質黴(//mw/co/<3/附o/ew力、裡氏木審(7Hc/zO(ie，am//)、瘋孢漆斑菌ve;rMca"a)(IFO6113)、黃婆專侖鬥支孑包(Krf/c/〃Mwa/6oa/n#w)、大麗花4侖4支孑包(PfeW/c/〃wm<ia/z//e)、JW/zra附yc&s1(FERMP-7754)、煙色卡爾黑黴(CaAian.omyc&s/wmago)、糹氏單才各孑包(t7/oc/aiiz'wmc/zartorw附)、E)w6e〃z'57'aa〃/或DmscA/era/^/ocfes。其它優選的真菌來源包括屬於擔子菌亞門(Basidiomycotina)、擔子菌綱(Basidiomycetes)的菌4朱，例如鬼傘屬、平革菌屬(P/zaweroc/wefe)、革蓋菌屬(Con'o/w力或才全菌屬(Thamday)，對爭另ll是Co/n>2M>sc/werews/m/crospon^(IFO8371)、長才艮鬼傘、黃孑包平革菌(屍/7awerac/z(3efec/7，oy;oWw附(例如NA陽12》或採絨革蓋菌(Cbn.o/wsvera/co/or(例如PR428-A》。其它優選的真菌來源包括屬於接合菌亞門(Zygomycotina)，classMycoraceae的菌才朱，例如才艮黴菌屬(//2/zo/ms)或毛酶屬(Afwcor)，具體為凍土一些優選的細菌過氧化物酶來源包括放線菌目04"/"owyceto/^)的菌抹，例如類球形鏈黴菌OS^印tomyces^/2m,V/e力(ATTC23965)、熱紫鏈黴菌(5^eptowyceAerwov/o/acew"(IFO12382)或者輪絲鏈輪絲菌輪絲種(iS^e/7toveW"'〃i/wver//c/〃/i/mssp.veW/c/〃/w/w)。其它^尤選的糹田菌來源包4舌4旦小芽孢桿菌(ATCC12905)、嗜熱脂肪芽孢桿菌CBac/〃wW^ra/;z^7^/7/H7w力、類J求糹工糹田菌(i/zo(io6acters//zaeraz'(ies)、i^/zcxiomowos/a/wWn'、孝L《連J求菌(5^ptococcw/acfe)、p比略菌素假單孑包菌(/^ewfifcw2owos/wro"'m'a)(ATCC15958)或螢光假單孢菌yZwomscera)(NRRLB陽11)。可從任何適宜的來源獲得卣過氧化物酶。卣過氧化物酶例如已經從各種生物體分離，包括哺乳動物、海洋動物、植物、藻類、地衣、真菌和細菌(參見BiochimicaetBiophysicaActa1161，1993，pp.249-256)。適宜的氯過氧化物酵(choloroperoxidases)包4舌乂人真菌不等彎孑包(Cwrvw/an'a/wae《wa/^)獲4尋的氣過氧化物酶(參見SWISS誦PROT:P49053)，從小疣彎孢(Cwrvw/an'avem^w/ara)獲得的氯過氧化物酶(參見WO97/04102)和Svendsen等美國專利號6,372,465中公開的氯過氧化物酶。可從任何適宜的來源，例如從選自下組的屬獲得漆酶(EC1.10.3.2):麴黴屬(^5perg77/w)、葡萄孢屬(5o^7&)、金錢菌屬(Co〃3^/a)、層孔菌屬(Fowas)、香菇屬(丄e"""w)、毀絲黴屬(MycWop/^/zora)、脈孢菌屬(7Vewmspora)、側耳屬(屍/ewra似s)、柄孢殼屬(屍06fosjrora)、多孑L菌屬(屍o(y;on^)、柱頂孢屬(5"qyto/W/wm)、栓菌屬以及絲核菌屬(i/2/zoctom'fl)。在更優選的實施方案中，f泰酵/人選自下《且d々菌種獲《尋//ww/co/a6rev&var.^zer附o/cfea、//wm/co/a^/-ev—ora、//訓/co/"gnSga^zerwo/cfea、特異腐質黴和//wmz'co/a/a"wg/"osa(也稱為疏棉狀嗜熱絲孢菌(77zerwcw^cas/a"Mgf"cww力)、嗜熱毀絲黴熱才主丁貞孑包(5^_>^3//^//1/附f/zem70//2z7of)、SqytoZ/(i/MW/"(iowas/acww和嗜熱色串孑包(7bra/aAem7o;/7//a)。漆酶可以從柱頂孢屬的其它菌種獲得，例如5"qyto/Wwwa"'t/op/n7w附、Sqyto/Wwwa腸w、/Sc少to/W訓、5"c_va//i/w/wc/rc/w"^/附、iScj^3〃(i/w附^/7aveo6n/w"ew附、透日月一主丁員孑包(iSqy/a/zVi/ww/z_ya//"wm)、木生才主丁貞孑包(5bj^a/Z(i/Mm//gm'co/fl)和6"qyto/zVZ/"w、立坤古絲才亥菌(7/zfeoctom'Gw/am')和灰蓋鬼傘。漆酶可以從多孔菌屬的其它菌種獲得，例如環糹文多孑Li菌(屍o(vpon^zo"a/i^)、屍o/少/on/51"/veo/an^、屍o/少/orwsarcM/"〃.ws、冬生多孑L菌(屍o/j^omsZn^wato)、屍o(y/oms"7/a^s)、Po/3;/7oms1co/eraw'、屍o/y/orw51ewca/_y/torwm、屍o/yporwsmer/Wo"a//^、，裝才丙多孑L菌(屍o/y/or^sva〃'M力、屍o/少/wn^/flf/wWKs1、喜才艮多孑L菌(屍o/y/on^Wz/zo/7/n7w力、Po/y/ori^rwgw/oyMS、糹岸多孑L菌(屍o/y/on^s《w"mosw力、塊莖形多孑L菌(戶o/y/on^fw6eroster)禾口屍o(y/orwsfMmM/asw5。"二氧化氯處理，，指任何二氧化氯處理過程，例如，用於紙漿及造紙廠中的二氧化氯處理階段以及廢水和/或汙泥，例如植物廢水或普通的家庭汙水(sewage)或廢水的二氧化氯處理。通常，將二氧化氯處理應用於紙漿及造紙廠中脫木質化和漂白過程中。可處理任何適宜的紙漿，雖然優選紙漿是木質纖維素紙漿。在二氧化氯處理前、處理過程中或處理後，可將紙漿用其它的脫木質化劑和/或漂白劑處理，例如，例如氧脫木質化(oxygendelignification)、過氧化物處理以及酶處理過程。可通過任何適宜的方法產生處理方法中使用的二氧化氯。然而，因為二氧化氯作為氣體是不穩定的，並且只能保存為溶液，它通常在現場(on-site)，例如在紙漿廠(pulpmills)產生。但是，一旦在溶液中，二氧化氯相當穩定。如本領域所知的，通常將二氧化氯以有效處理紙漿或工藝用水(processwaters)(例如廢水)的量力口入。通常在約40至80°C的溫度進行紙漿的二氧化氯處理約15-120分鐘的時間。二氧化氯的有效性部分地倚賴於pH,並且在約2至4的pH最大化。因為紙漿液流(pulpstreams)和其它工藝用水的pH通常是i威性更強的，可將酸加入處理水(treatmentwater)以降低pH。在一些方法中，可通過使用過量的二氧化氯來控制工藝用水的pH。將過氧化物酶和/或漆酶以有效改進二氧化氯處理方法的量直接施用於二氧化氯工業生產液流中，如下文所示例的。過氧化物酶和/或漆酶可作為二氧化氯溶液的部分、用於製備工業用水的濾出液的一部分(例如脫木質化或漂白液)應用於循環的工藝用水中和/或通過單獨的添加來應用。以有效改進二氧化氯處理方法的量，例如，如通過改進的紙漿脫木質化和/或改進的紙漿漂白所測量的量，施用過氧化物酶和/或漆酶。過氧化物酶的有效量的實例是0.005mg-10g/L工藝用水，更優選0.01-1000mg/L工藝用水，以及最優選0.05-500mg/L工藝用水。對於紙漿應用，過氧化物酶的此有效量可包括0.01g-20kg/噸紙漿，更優選0.1g-5kg/噸紙漿，並最優選lg-2kg/噸紙漿。漆酶的有效量的實例是0.005mg-10g/L工藝用水，更優選0.01-1000mg/L工藝用水，以及最優選0.05-500mg/L工藝用水。對於紙漿應用，漆酶的此有效量可包括0.01g-20kg/噸，更優選O.lg-5kg/p屯，並最優選lg-2kg/噸。基於過氧化物酶和漆酶與紙漿處理或廢水/汙泥處理的過程條件，例如最適pH、最適溫度、酸穩定性的相容性，優選選擇過氧化物酶以及漆酶。儘管已參考具體的實施方案在本文中描述了本發明，但可以理解，這些實施方案僅僅是本發明原理和應用的示例性說明。因此，可以理解，可對示例性的實施方案進行多種修飾並可設計其它的方案而不偏離如所附權利要求所限定的本發明的精神和範圍。實施例實施例1將160mg的NaC102溶解於100ml的DI水中。將NaC102溶液的10ml等分試樣加入不同的試管中。將20uL的醋酸加入每個試管，並將pH調至約3.5。接著將100uL的酶加入溶液。在環境溫度溫育30分鐘後，將溶液用DI水稀釋3倍。通過在360nm的UV吸光度(absorbency)檢測C102形成。顯然在此試驗所用的條件下，所有的酶在某種程度上都能產生C102。tableseeoriginaldocumentpage7實施例2將5g(o.d.乾燥的)未漂白的牛皮紙漿(kraftpulp)加入每個燒杯，並稀釋至約5。/。的稠度(consistency)。用2N112804將紙漿調節到不同的pH。將10mL11.3/L的NaC102加入每個燒杯。將500uL過氧化物酶(灰蓋鬼傘過氧化物酶，Novozymes)加入溶液並將燒杯在60°溫育1小時。漂白後，用DI水衝洗紙漿並製成手抄紙(handsheet)，並測試白度(brightness)。依據Tappi標準(T452)測試白度。顯然，在所有的pH範圍內過氧化物酶改進了紙漿的白度。tableseeoriginaldocumentpage8權利要求1.使紙漿脫木質化和/或漂白的方法，包括使紙漿、二氧化氯和過氧化物酶反應。2.權利要求l的方法，其中所述過氧化物酶是滷過氧化物酶。3.權利要求l的方法，還包括使紙漿和漆酶反應。4.權利要求2的方法，其中所述卣過氧化物酶是氯化物過氧化物酶。5.權利要求l的方法，其中所述過氧化物酶是鬼傘屬過氧化物酶、芽孢桿菌屬過氧化物酶、大豆過氧化物酶或辣根過氧化物酶。6.權利要求4的方法，其中所述氯化物過氧化物酶是不等彎孢過氧化物酶或小疣彎孢過氧化物酶。7.處理廢水和/或汙泥的方法，其包括使廢水和/或汙泥、二氧化氯和過氧化物酶反應。8.權利要求7的方法，其中所述過氧化物酶是閨過氧化物酶。9.權利要求7的方法，還包括使廢水和/或汙泥與漆酶反應。10.權利要求8的方法，其中所述卣過氧化物酶是氯化物過氧化物酶。11.權利要求8的方法，其中所述過氧化物酶是鬼傘屬過氧化物酶、芽孢桿菌屬過氧化物酶、大豆過氧化物酶或辣根過氧化物酶。12.權利要求10的方法，其中所述氯化物過氧化物酶是不等彎孢過氧化物酶或小疾彎孢過氧化物酶。13.使紙漿脫木質化和/或漂白的方法，其包括使紙漿、二氧化氯和漆酶反應。14.權利要求13的方法，其中漆酶是栓菌屬、鬼傘屬或者毀絲黴屬漆酶。15.權利要求13的方法，還包括使紙漿與過氧化物酶反應。16.根據權利要求15的方法，其中所述過氧化物酶是滷過氧化物酶。17.根據權利要求16的方法，其中所述囟過氧化物酶是氯化物過氧化物酶。18.處理廢水和/或汙泥的方法，其包括使廢水和/或汙泥、二氧化氯和漆酶反應。19.根據權利要求18的方法，其中所述漆酶是栓菌屬、鬼傘屬或者毀絲黴屬漆酶。20.根據權利要求13的方法，還包括使廢水和/或汙泥與過氧化物酶反應。全文摘要本發明涉及通過使紙漿與二氧化氯、過氧化物酶和/或漆酶反應用於二氧化氯脫木質化和/或漂白過程的方法和組合物。文檔編號D21C3/00GK101171386SQ200580049698公開日2008年4月30日申請日期2005年5月4日優先權日2005年5月4日發明者亨裡克·倫德,輝徐,金·布盧姆菲爾德申請人:諾維信北美公司;諾維信公司