Tratamento enzimático com Xilanase e Lacase de pasta kraft de E. globulus pré-deslenhificada com oxigénio

Abstract

O objetivo deste trabalho consistiu em estudar o efeito da aplicação de tratamentos enzimáticos de pastas kraft de E. globulus pré-deslenhificadas com oxigénio (O), na poupança de dióxido de cloro nos estágios seguintes: i) com xilanase em pasta previamente lavada em laboratório (Olav); ii) com xilanase em pasta Tal Qual (não lavada, OTQ); iii) com lacase, em pasta recolhida após adensadores e lavada em laboratório (Oad-lav).Nos ensaios realizados com xilanase (X) em pasta Olav, avaliou-se o efeito do pH (8-10,5) no desempenho da enzima, mantendo fixos a carga enzimática (50 g/t), a temperatura (70ºC) e o tempo (60 minutos), enquanto na pasta OTQ se estudou a influência do carryover, da carga enzimática (50-100 g/t) e do tempo (30-60 minutos), para uma temperatura fixa de 70ºC. No fim do tratamento enzimático foi aplicado um estágio de dióxido de cloro (D0) e uma extração alcalina com hidróxido de sódio, reforçada com peróxido de hidrogénio (EP). Para um determinado conjunto de pastas (XDEP), provenientes da pasta OTQ, aplicaram-se os estágios finais de branqueamento D1D2. Em paralelo, realizaram-se ensaios de controlo, nas mesmas condições que o tratamento enzimático, mas sem a adição da solução enzimática, de forma a avaliar o efeito da enzima na remoção de lenhina e de ácidos hexenurónicos (HexA), na brancura ISO e na estabilidade da brancura.Na pasta Olav, verificou-se que a eficiência da enzima diminui com o aumento do pH, tendo ocorrido a maior remoção de lenhina e de ácidos hexenurónicos (HexA) nos ensaios realizados a pH 8, sem alteração significativa da viscosidade. Para atingir o mesmo grau de brancura após a sequência de branqueamento XDEP, obteve-se uma poupança de dióxido de cloro de 40% e 22% para pH 8 e pH 10,5, respetivamente, e uma maior estabilidade da brancura nas pastas tratadas com xilanase, em comparação com as pastas controlo (cDEP). No entanto, ocorreu uma perda de rendimento significativa para pH 8 (3,3%), enquanto a pH 10,5 o valor obtido foi apenas 0,2%.Em relação aos ensaios realizados com a pasta OTQ (em que o pH era ~10), observou-se que a presença do carryover não inibe completamente a atuação da enzima. Contudo, foi necessário aplicar o dobro da carga enzimática (100 g/t) para alcançar o mesmo efeito positivo obtido na pasta Olav com pH 10 (nomeadamente a mesma remoção de lenhina residual). Depois de ter sido aplicada a sequência XDEP, obteve-se uma poupança de dióxido de cloro de 22% para a carga de 100 g/t (igual à pasta Olav com pH 10,5 e carga de 50 g/t) e de 13% com a aplicação da carga enzimática de 50 g/t para os três tempos estudados. O aumento da estabilidade da brancura foi inferior ao observado para a pasta Olav. Para as pastas com a sequência completa, XDEPDD, foi possível constatar que o efeito benéfico do tratamento enzimático com xilanase permanece no final da sequência, à exceção do PC number cujos valores foram semelhantes entre as pastas X e os ensaios controlo. No estudo realizado com a lacase, estudou-se o efeito das condições operatórias no desempenho da enzima, nomeadamente a carga enzimática (500 e 1500 g/t), o tipo de mediador (ácido violúrico e metil siringato), a carga de mediador (0,5 e 1,5%), o pH (4,5 e 7,5), a temperatura (50 e 70ºC) e ainda o efeito da ausência ou presença de oxigénio (6 bar). No fim do tratamento enzimático, aplicou-se uma extração alcalina com hidróxido de sódio (E), o estágio de dióxido de cloro (D0) e uma extração alcalina com hidróxido de sódio, reforçada com peróxido de hidrogénio (EP). De igual modo, foram realizados os ensaios controlo (cEDEP). Para as condições estudadas não se observou uma atuação clara da atuação da enzima na deslenhificação, uma vez que a maior redução de índice kappa, relativamente ao ensaio controlo, foi apenas de 0,25 unidades. Após a sequência de branqueamento, o ensaio realizado com a carga enzimática de 1500 g/t apresentou maior destaque tanto no aumento de brancura (0,26 unidades) como na variação do valor de PC number (0,15 unidades) em relação ao controlo, mas insuficiente para se obter qualquer benefício no consumo de dióxido de cloro.Deste modo, concluiu-se que não foi possível obter uma diminuição no consumo de dióxido de cloro com a aplicação do tratamento enzimático com lacase. Por outro lado, os resultados obtidos com o tratamento enzimático com xilanase confirmaram ser este um processo alternativo promissor para a diminuição do consumo de reagentes químicos de branqueamento, e consequentemente para a redução dos compostos organoclorados dos efluentes, demonstrando ainda a viabilidade da sua aplicação a nível industrial, sem a necessidade de alterar o pH.

The main goal of this work was to study the effect of enzymatic treatments of E. globulus kraft pulp pre-delignified with oxygen (O) on chlorine dioxide savings in the following stages: i) with xylanase in pulp previously washed in the laboratory (Olav); ii) with xylanase in unwashed pulp (OTQ); iii) with laccase in pulp collected after thickeners and washed in the laboratory (Oad-lav).In the tests carried out with xylanase (X) in Olav pulp, the effect of pH (8-10.5) on enzyme performance was evaluated, keeping the enzyme dosage (50 g/t), the temperature (70ºC) and time (60 minutes), whereas in OTQ pulp, the influence of carryover, enzymatic dosage (50-100 g/t) and time (30-60 minutes) were studied, for a fixed temperature of 70ºC. At the end of the enzymatic treatment, a chlorine dioxide stage (D0) and an alkaline extraction with sodium hydroxide, reinforced with hydrogen peroxide (EP), were applied. For a given set of pulps (XDEP), coming from OTQ pulp, the final stages of bleaching D1D2 were applied. In parallel, control tests were carried out, under the same conditions as the enzymatic treatment, but without the addition of the enzymatic solution, to evaluate the effect of the enzyme on the removal of lignin and hexenuronic acids (HexA), and on ISO brightness and its stability.In the Olav pulp, it was found that enzyme efficiency decreases with increasing pH, with the highest removal of lignin and hexenuronic acids (HexA) occurring at pH 8, with no significant change in viscosity. To achieve the same ISO brightness degree after the XDEP bleaching sequence, chlorine dioxide savings of 40% and 22% were obtained for pH 8 and pH 10.5, respectively, as well as higher brightness stability in the pulps treated with xylanase compared to the control pulps (cDEP). However, there was a significant yield loss for pH 8 (3,3%), while at pH 10.5 the value obtained was only 0.2%.Regarding the tests carried out with the OTQ pulp (in which the pH was ~10), it was observed that the presence of carryover does not completely inhibit the enzyme's performance. However, it was necessary to apply twice the enzymatic dosage (100 g/t) to achieve the same positive effect obtained in the Olav pulp with pH 10 (namely, the same removal of residual lignin). After the XDEP sequence was applied, chlorine dioxide savings of 22% were obtained for the 100 g/t dosage (the same as for Olav pulp with pH 10.5 and 50 g/t) and of 13% with the application of an enzymatic dosage of 50 g/t for the three studied times. The increase in brightness stability was lower than that observed for Olav pulp. For pulps with the complete sequence, XDEPDD, the beneficial effect of the enzymatic treatment with xylanase remains at the end of the sequence, with the exception of the PC number whose values were similar between X pulps and the control ones. In the study carried out with laccase, the effect of operating conditions on enzyme performance was studied, such as enzyme dosage (500 and 1500 g/t), the type of mediator (violuric acid and methyl syringate) and its load (0,5 and 1,5%), pH (4.5 and 7.5), temperature (50 and 70ºC) and the effect of the absence or presence of oxygen (6 bar). At the end of the enzymatic treatment, an alkaline extraction with sodium hydroxide (E), a chlorine dioxide stage (D0) and an alkaline extraction with sodium hydroxide, reinforced with hydrogen peroxide (EP), were applied. Similarly, control tests (cEDEP) were performed. For the conditions studied, a clear action of the enzyme in the delignification was not observed, since the greatest reduction of kappa number, in relation to the control test, was only 0.25 units. After the bleaching sequence, the test carried out with the enzymatic dosage of 1500 g/t showed greater emphasis both in the increase in brightness (0.26 units) and in the variation of PC number (0.15 units) in comparison to the control, but insufficient to obtain any benefit from the consumption of chlorine dioxide.In conclusion, it was not possible to obtain a decrease in the consumption of chlorine dioxide with the application of the enzymatic treatment with laccase. On the other hand, the results obtained with the enzymatic treatment with xylanase confirmed that this is a promising alternative process for reducing the consumption of chemical bleaching reagents, and consequently for the reduction of organochlorine compounds in effluents, also demonstrating the feasibility of its application to industrial level, without the need to change the pH.