论文部分内容阅读
为了发展新型无（少）污染漂白技术及造纸废水处理新技术,越来越多的研究者开始用微生物、生物酶和仿酶等方法来解决纸浆漂白过程中的污染问题,并开发对环境友好的新型纸浆漂白技术。仿酶催化不仅具有酶催化与化学催化两者的优点,而且是实现绿色化学有效而直接的途径。由Co-salen、吡啶、H2O2、O2构成的一种Co-salen型仿酶降解体系是模拟木素过氧化物酶的仿酶体系之一。为了揭示Co-salen型仿酶降解体系脱木素的反应机理,本文围绕β-O-4型木素模型化合物即愈创木基丙三醇-β-愈创木基醚在仿酶体系中的变化为研究核心,研究了β-O-4型木素模型化合物、三倍体毛白杨磨木木素（MWL）在仿酶体系中的降解机理以及Co-salen型仿酶体系在纸浆漂白和造纸综合废水处理中的应用,分析得到了β-O-4型木素模型化合物在仿酶体系中的反应机理,为实现该Co-salen型仿酶体系在纸浆漂白工艺中的应用提供了理论依据。本文首先合成了一种酚型木素模型化合物即愈创木基丙三醇-β-愈创木基醚。对关键的中间产物中间产物4-（α-（2-甲氧基苯氧基）-乙酰基）-愈创木酚（Ⅳ）的合成方法进行了改良,缩短了减压蒸馏的时间。利用红外光谱、核磁共振谱（1H-NMR）等手段对其化学结构进行了分析。本文利用合成出来的愈创木基丙三醇-β-愈创木基醚作为木素模型化合物。在采用由Co-salen、吡啶、H2O2、O2构成的Co-salen型仿酶体系对其进行仿酶降解处理后,利用GC-MS分析手段对反应的产物进行了分析。研究发现:Co-salen型仿酶体系对β-O-4型木素模型化合物有较强的氧化降解能力,降解后的羧基和羟基明显增多。本研究阐明了这种β-O-4型木素模型化合物的结构在Co-salen型仿酶体系中的降解反应机理,推断出该仿酶体系能有效导致酚型的β-O-4型木素模型化合物氧化裂解反应类型有:β-O-4醚键断裂、Cα-Cβ键断裂、烷基-芳基键的断裂和苯环开环反应等。Co-salen型仿酶体系对三倍体毛白杨MWL的降解能力较强,降解后的羧基和羟基明显增多。木素被降解后一部分成为香草酸、紫丁香酸及其衍生物等低分子芳香族化合物,说明木素结构在侧链Cα的位置受到氧化作用而使结构单元之间的连接键断裂。本文采用由Co-salen、吡啶、H2O2、O2组成的Co-salen型仿酶体系进行了硫酸盐木浆的漂白研究,讨论了Co-salen仿酶预处理过程中预处理温度、预处理时间、NaOH用量,H2O2用量、吡啶用量、Co-salen用量、氧压等对终漂纸浆白度和粘度的影响,优化了Co-salen型仿酶体系预漂硫酸盐木浆的最佳条件。研究发现Co-salen仿酶预漂硫酸盐木浆比较适宜的条件为:Co-salen用量0.03%,吡啶与Co-salen摩尔比1:1,NaOH用量3%,H2O2用量1.5%,氧压0.2MPa,浆浓5%,温度90℃,反应时间5h。仿酶漂白使硫酸盐木浆卡伯值下降4.1,经过碱处理后卡伯值可以进一步降低5.2。经Co-salen仿酶处理白度提高10.3%ISO。经过碱抽提段纸浆白度进一步提高18.1%ISO。根据木素模型化合物实验所得结论,Co-salen仿酶漂白预处理过程中将木素氧化成香草酸、紫丁香酸等含羧基化合物,这些产物在仿酶处理段和碱抽提段被溶解出来,表现在仿酶处理段和碱抽提段有较大的白度升高值。本文采用Co-salen—仿酶混凝法处理造纸综合废水,讨论温度、H2O2加入量、混凝剂种类和加入量、沉淀时间对废水处理效果的影响。优化了Co-salen—仿酶混凝法处理造纸综合废水的实验条件。研究发现,Co-salen—仿酶混凝法处理造纸综合废水的最佳条件为温度25℃,H2O2用量0.15g/L,硫酸铝加入量0.4g/L,沉降时间4h。Co-salen仿酶—混凝法处理造纸废水有效地提高了废水处理效果,在同样条件下,采用Co-salen仿酶—混凝法处理造纸综合废水,配合硫酸铝,CODCr去除率可以达到55.2%。由于仿酶—混凝除去了废水中的大部分木素,提高了废水的可生化性,使得废水的后续处理变得容易。