含木素材料的电化学去木质作用体系及其应用制造技术

一种电化学解离化合物的体系，包括不含有金属或重金属的介体和至少两个用于电化学活化所述介体的电极。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及含木素材料的电化学去木质作用体系及其应用。广义的术语“含木素材料”概括了多种可更新的原材料，例如木材、草、其它不形成木材的植物，例如大麻或棉花，以及由上述物质制备的中间产物和最终产物，例如纸浆、化学纸浆、纸和织物。这些含木素材料通常不溶于水。木素被结合成复杂的结构，例如这些材料中的纤维。通常，例如为制备高质量的纸，对含木素材料必须进行去木质作用，即必须使存在的木素全部或部分解聚以使其能够全部或部分地从所述的含木素材料中被提取出来。这一过程必须对木素尽可能地选择性地解聚，因为通常不想破坏与木素结合的物质，例如纤维素或半纤维素。在纸的工业生产中，去木质作用是一个重要和必须的步骤。木材中存在的大部分木素是通过现行的化学纸浆制备方法中的基本步骤除去的。目前已开发了一系列这样的浸提方法；工业上最常用的方法是基于将木材与硫化物碱蒸煮(Kraft过程)。在蒸煮后，残留于得到的纸浆中的残余木素含量必须进一步地降低。这就要求使用其它的浸提方法，例如“ASAM”方法或硫化物蒸煮法。用于除去残余木素的通常的多步骤方法被称为漂白。在这一方法中木素被除去和／或被脱色。可以区分三种不同的漂白方法。在称为氯漂白的方法中，木素可以被单质氯高选择性地并经济地除去。在称为ECF漂白的方法(不含单质氯)中，漂白是通过使用二氧化氯实现的。为降低二氧化氯的用量从而减少环境污染，在该方法中通常将ECF漂白与氧去木质作用结合使用。在被称为TCF的第三种方法(完全不含氯)中，漂白是在完全没有含氯化合物的情况下进行的。木素的氧化是通过，例如用氧气和／或臭氧和／或过氧化物和／或过酸处理而实现的。氯漂白目前仍然只用于旧装置中。尽管该方法技术先进且经济，但是必须被取缔，因为与其相关的环境污染是不能被接受的。特别是，氯代芳香烃的释放是一个环境问题。在ECF方法中，尽管氯化物的环境污染问题比氯漂白方法已有显著的降低，但是在该方法中也形成氯代烃。此外，Cl-含量使形成循环更加困难，即采用ECF漂白的装置没有废水或废水量减少，因为当Cl-浓缩时，会发生装置的腐蚀。从环境的角度考虑，TCF漂白是较上述另两个方法更优选的。但是，存在一个问题是，与含氯化合物相比，完全不含氯的漂白剂具有较低的选择性，即，除了使木素解聚之外，也发生对纤维素和半纤维素的破坏。结果导致产率的降低和纤维的破坏，只能通过完全不进行去木质作用而减少这种破坏。用TCF漂白化学纸浆制得的纸与用ECF漂白化学纸浆制得的纸相比或者纤维质量差，或者(和)白度差。此外，TCF方法是不够经济的，因为它需要大量较贵的化学品(例如，H2O2、过乙酸等)。除了上述的纯化学去木质的方法外，生物催化剂，即酶也被用于工业去木质作用。这些酶可以直接或间接攻击木素从而促进去木质作用。半纤维素酶，例如木聚糖酶或甘露聚糖酶以一种间接作用机理增强化学纸浆的去木质作用。木材基本上由纤维素、木素和半纤维素组成。半纤维素的酶水解可以促进化学纸浆的化学可漂白性(Chang＆Farrell(1995)，第6届“纸浆和造纸工业中的生物技术”国际会议论文集应用和基础研究的进展，p．75ff；Suurnakki等人，(1995)，第6届“纸浆和造纸工业中的生物技术”国际会议论文集应用和基础研究的进展，p．69ff)。通过上述这种酶法预处理，最高可以减少35％的漂白用化学物质的用量(第6届“纸浆和造纸工业中的生物技术”国际会议论文集应用和基础研究的进展，p．75ff)。然而，在这种情况下，存在一个很大的缺点，即半纤维素的水解导致产率的降低。此外，半纤维素酶存在下文所述的酶体系的共有缺点。另外，有些由木材自然降解真菌产生的酶(即所谓的白色腐败真菌)可以通过与被称作介体的物质间的相互作用而使木素解聚。这种类型的酶有，例如木素过氧化酶和锰过氧化酶。这种酶的活性有赖于H2O2。而过量的H2O2又会引起过氧化酶的失活，因此这种体系不适合工业应用(见Paice等人的“纸浆和纸科学通讯”第21(8)卷280(ff)，1995)。Bourbonnais和Paice(Bourbonnais＆Paice(1990)FEBS Letters267p．99ff)和Call(WO／29510)描述了一种体系，其中一种通常的木素聚合酶漆酶，可以用于木素的解聚。这一过程是基于漆酶的间接作用(见Paice等人的“纸浆和纸科学通讯”第21(8)卷280(ff)，1995)。在该过程中，漆酶使被称作介体的化学分子氧化，产生自由基形式的介体。这种自由基形式的介体可以氧化木素。在该氧化过程中，介体分子被再生。活性介体有，例如ABTS(Bourbonnais＆Paice(1990)FEBS Letters 267p．99ff)、HOBT(WO94／29510)和吩噻嗪(WO95／01426)。漆酶可以氧化四个介体分子，在此过程中接受四个产生于木素的电子。因此，在一个反应步骤中，四个电子转移到氧上，形成两个水分子。由此，漆酶和介体的体系催化一种依赖氧的木素氧化反应。被氧化的木素随后可被提取，例如使用碱处理的方法(WO94／29510)。与过氧化酶相比，漆酶不需要外加H2O2，因此可以在工业上使用。在化学纸浆工业中使用酶通常遇到的问题是在怎样的温度和pH范围内进行木材的化学浸提。大多数化学漂白过程在80℃以上和pHs大于10．0的强碱条件下或pHs小于4．0的强酸条件下进行。然而大多数酶的最适条件远远不同于上述这些数值。为了经济地应用酶体系，需要使这些体系适应适当的条件，特别是需要保证在至少80℃的热稳定性。目前，符合上述要求的热稳定的木聚糖酶已从好热的微生物中分离出来(Winterhalter等人，(1995)分子微生物学15，p．431ff)，而具有足够高的热稳定性的漆酶或过氧化酶还没有被开发出来。已有的用于漆酶一介体体系的条件是45℃，pH4．5(WO94／29510)。此外，用电化学方法进行纸的漂白也是已知的。在这类方法中，或者是用于传统漂白过程的化学物质是就地以电化学方法产生的，并且，如果合适的话，可就地再生，或者使用金属配合物作为介体，这种金属配合物在一个电极上被活化之后，与木素进行反应。第一类方法的主要文献有，例如，L．N．Spiridonova，V．A．Babkin，M．I．Anisimova，G．S．Mikhailov和T．P．Belovam的“用电解产生的氧化剂进行高产率落叶木材纸浆的去木质化”，Khim．Drev．(1982)，pp．16-19。NaCl电解产生氧化物种，例如ClO-，ClO2-和ClO3-。此外还有J．M．Gray的“在酸性介质中由氯酸盐制备二氧化氯的方法”(Ekzo Nobel Inc．)，CA 2156125和H．Falgen，G．Sundstroem，J．Landfors及J．C．Sokol的“制备二氧化氯的电解方法”，US5487881。在酸性和碱性pH范围内的步骤的结合也有报导，例如GerhartSchwab，Mei Tsu Lee和James W．Bentley的“木材纸浆的电化学漂白”，US 4617099。除了用于氯漂白的化学物质的电化学制备外，用于过硼酸盐、过硫酸盐和过氧化氢的类似的方法也有报导。例如C．D本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学解离化合物的体系，包括一种不含金属或贵金属的介体以及至少两个用于电化学活化所述介体的电极。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：诺贝特汉普，
申请(专利权)人：电化学工业有限公司国际，
类型：发明
国别省市：DE[德国]