Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/92588
Title: Utilização de xilanase comercial no branqueamento de pasta kraft de E. globulus pré-deslenhificada com oxigénio
Other Titles: Application of commercial xylanase in the bleaching of E. globulus kraft pulp pre-delignified with oxygen
Authors: Almeida, João Pedro Tavares de
Orientador: Carvalho, Maria da Graça Videira de Sousa
Keywords: Eucalyptus globulus; xilanase; dióxido de cloro; poupança de reagente; Eucalyptus globulus; xylanase; chloride dioxide; chemical savings
Issue Date: 30-Jul-2020
Serial title, monograph or event: Utilização de xilanase comercial no branqueamento de pasta kraft de E. globulus pré-deslenhificada com oxigénio
Place of publication or event: DEQ/FCTUC
Abstract: Na indústria de pasta e papel tem havido uma constante pressão para a redução no consumo de agentes branqueadores. Este controlo está direcionado principalmente a compostos à base de cloro, como o dióxido de cloro (D). A formação de compostos orgânicos halogenados (AOX) e a posterior presença destes nos efluentes, embora em quantidades diminutas, têm sido dois problemas a minimizar. Possíveis soluções são a utilização de sequências de branqueamento que não envolvam a utilização deste tipo de compostos ou a aplicação de um tratamento enzimático antes da aplicação de estágio com dióxido de cloro.Neste trabalho foi estudado o branqueamento de pastas kraft de Eucalyptus globulus pré-deslenhificadas com oxigénio (O), em que é introduzido um tratamento enzimático (X), com o fim de determinar o ganho de brancura da pasta, a reversão de brancura e a poupança dos reagentes de branqueamento em estágios posteriores.Para o estágio X foi utilizada a xilanase Serzym 90 fornecida pela SERTEC20 e foram estudadas as condições na quais esta mostrava o melhor desempenho possível, comparando os resultados com um ensaio controlo (pasta sem tratamento). Esta xilanase apresentou uma atividade enzimática de 35791 U/mL. Diversos ensaios foram realizados variando a carga enzimática (50, 75 e 100 g/t), o pH (5 – 8,5) e a temperatura (50 – 90ºC), mantendo um período de 60 minutos de aplicação do tratamento para cada ensaio. De forma a quantificar o desempenho da enzima, foram determinados nas pastas, o índice kappa (IK), o teor de ácidos hexenurónicos (HexA) e a viscosidade e ainda foi analisada a absorvância a 280 e 457 nm dos filtrados resultantes. Concluiu-se que as condições mais favoráveis para a atuação da enzima se situavam entre um pH de 6, 7 e 8 e para temperaturas de 60 e 70ºC, com uma carga de 100 g/t. Desta forma, para a aplicação de uma sequência curta de branqueamento (DEP), utilizaram-se as seguintes condições para o estágio X:• 100 g/t; pH 6; 60ºC;• 100 g/t; pH 6; 70ºC;• 100 g/t; pH 7; 70ºC;• 75 e 100 g/t; pH 8; 70ºC.No estágio D variou-se a carga de ClO2, em que nas pastas tratadas com enzima aplicaram-se cargas de 1,9 % e 2,1% e nas pastas não tratadas a carga variou entre 1,9% e 2,5% (como cloro ativo). Este estágio teve um período de aplicação de 25 minutos a 70ºC. No estágio de extração alcalina reforçada com H2O2 (EP) aplicou-se em todos os ensaios uma carga de NaOH de 1,4% e uma carga de H2O2 de 0,4% durante 90 minutos e a 80ºC. Após a aplicação desta sequência, foram determinados o ganho de brancura, o ganho de estabilidade desta e a poupança do consumo de reagentes. Por comparação com as pastas controlo, a pasta tratada nas condições pH 6 / 60ºC apresentou o menor ganho de brancura (1,2 pontos), um pequeno ganho de estabilidade da brancura (< 0,08 unidades), promovendo uma remoção de lenhina até ~17% e de HexA até ~20%, bem como uma poupança mínima de ClO2 de 16%. Já no caso da pasta tratada a pH 6 / 70ºC, esta apresentou o ganho de brancura mais elevado (até 4 pontos), o maior ganho de estabilidade de brancura (até 0,26 unidades). A remoção de lenhina até ~35% e de HexA até ~24%, revelam a ação da xilanase na dissolução de porções com ácidos hexenurónicos e com ligações lenhina-xilana (LCC). As condições de tratamento a pH 7 / 70ºC levaram à obtenção de valores intermédios no ganho de brancura (até 2,1 pontos) e no ganho de estabilidade desta (até 0,11 unidades), promovendo a remoção de ~26% de HexA. Desta forma ocorre uma penetração mais eficiente dos agentes branqueadores refletindo a ação indireta da enzima na poupança de reagentes de branqueamento. Para estas condições, obteve-se uma poupança mínima de ClO2 de 16%. Para a pasta tratada com pH 8 / 70ºC, obtiveram-se ganhos de brancura de 2,9 e de 3,4 pontos (X de 75 g/t e 100 g/t, respetivamente) e um pequeno ganho de estabilidade de 0,04 e 0,14 unidades. Para uma carga de 100 g/t, obteve-se uma poupança de ClO2 de 17%.
Pulp and paper industry has been pushed to reduce the consumption of bleaching agents, especially in terms of chlorine-based compounds. This control is mainly directed to chlorine-based compounds, such as chlorine dioxide (D). The generation of halogenated organic compounds (AOX) and its presence on effluents, although in minute quantities, have been two problems to minimize. Possible solutions might be the use of bleaching sequences without this type of compounds or the application of an enzymatic treatment before the bleaching stage with chlorine dioxide.In this work, the bleaching of Eucalyptus globulus kraft pulps pre-delignified with oxygen (O) was studied, in which an enzymatic treatment (X) was introduced, in order to determine the pulp brightness gain, the brightness stability and the savings of bleaching reagents in later stages.For X stage, Serzym 90 xylanase supplied by SERTEC20 was used. The optimal conditions for the best possible performance of this enzyme were studied. The results were compared to control pulps (untreated pulps). This xylanase presented an enzymatic activity of 35791 U/mL. Several tests were carried out varying the enzymatic load (50, 75 and 100 g/t), the pH (5 – 8,5) and the temperature (50 – 90ºC), within a period of 60 minutes for each trial. In order to quantify the performance of this enzyme, the kappa number (IK), the hexenuronic content (HexA) and the viscosity of pulps, as well as the absorbance at 280 and 457 nm of the resulting filtrates were determined. From the preliminary results, the most favourable conditions for the performance of the xylanase were observed for conditions between a pH of 6, 7 and 8 and a temperature of 60 and 70ºC, with an enzymatic load of 100 g/t. Therefore, for the application of a short bleaching sequence (DEP), the following conditions for X stage were the selected:• 100 g/t; pH 6; 60ºC;• 100 g/t; pH 6; 70ºC;• 100 g/t; pH 7; 70ºC;• 75 and 100 g/t; pH 8; 70ºC.In the D stage the ClO2 load was varied, being 1.9% and 2.1% for enzyme treated pulps and 1.9%, to 2.5% for the control pulps (as active chlorine). This stage had an application period of 25 minutes at 70ºC. In the alkaline extraction stage reinforced with hydrogen peroxide (EP), for every test the NaOH load was 1.4% and the H2O2 load was 0.4% for 90 minutes at 80ºC. After this sequence, the brightness gain, brightness stability and the savings of bleaching agents were determined.Compared to the control pulps, the pulp treated at pH 6 and 60ºC exhibited the lowest brightness gain (1.2 points), a small brightness stability gain (<0.08 units), promoting the removal of lignin up to ~ 17% and HexA up to ~ 20%, as well as a minimum ClO2 savings of 16%. In the case of the pulp treated at pH 6 and 70ºC, the highest brightness gain (up to 4 points) and brightness stability gain (up to 0.26 units) were obtained. The removal of lignin up to ~ 35% and of HexA up to ~ 24%, enlighten the mechanism of xylanase action where the dissolution of fragments with hexenuronic acids and lignin-xylan bonds (LCC) takes place. The treatment conditions at pH 7 and 70ºC led to obtaining intermediate values in the brightness gain (up to 2.1 points) and in brightness stability gain (up to 0.11 units) and promoting the removal of ~ 26% of HexA. In this way, a more efficient penetration of the bleaching agents occurs, reflecting the indirect action of the enzyme in bleaching reagents savings. For these conditions, a minimum ClO2 saving of 16% was obtained. The treatment conditions at pH 8 / 70ºC led to obtaining a brightness gain of 2.9 and 3.4 points (75 g/t and 100 g/t, respectively) and a small brightness stability gain of 0.04 and 0.14 units. For these conditions, a ClO2 saving of 17% was obtained.
Description: Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Química apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
URI: http://hdl.handle.net/10316/92588
Rights: embargoedAccess
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