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纺织助剂研究过氧化氢酶应用于漂白后去除双氧水的技术分析

新葡京投注网址 www.theklt.com 摘要:双氧水对天然色素有强的氧化作用,被大量应用到棉织物前处理的漂白。但是织物上残留的双氧水对后续的染色工艺,及人体健康都有不好的影响。传统的水洗工艺需要热水三道,冷水一道。而应用过氧化氢酶的水洗工艺,只需要冷水洗一道。甚至不需要冷洗,还可以跟染色同浴进行。过氧化氢酶水洗工艺能大大地节约时间、节约能源,以及节约水资源。过氧化氢酶水洗工艺总体成本只在传统水洗工艺的一半左右。

关键词:双氧水;漂白;过氧化氢酶;水洗

生态学是研究生态系统中所有角色之间的关系的学科。这是一个年轻的学科,仍有许多漫长的路要走。地球的生态环境每年都在恶化,雪山上的雪线每年都在升高。工业上的耗能及向外界排放的热量是对地球生态环境最大的危害。而纺织印染行业能耗大,对地球生态环境的影响也特别大。

近年来,中国纺织工业联合会在节能减排环境?;し矫孀隽舜罅抗ぷ?,一方面是对旧设备的技术改造,另一方面是对原工艺的改进。将生物酶应用到织物的前处理、后整理,以及对印染废水的治理中,是一种减少生产时间、降低生产温度的技术。过氧化氢酶应用于漂白后去除双氧水,是一种现在比较成熟的技术。

一、双氧水的漂白

过氧化氢化学式为H2O2,俗称双氧水。双氧水外观为无色透明液体,是一种强氧化剂,其水溶液适用于伤口消毒及环境、食品消毒。双氧水对天然色素和染料都有强的氧化作用,所以被大量应用到棉织物前处理的漂白、以及印染废水的处理中。

棉织物的前处理包括:烧毛、退浆、煮练、漂白、烘干、丝光。棉织物在煮练后,尽管天然杂质大部分被去除,但天然色素还存在,需要对棉织物进行漂白处理。由于双氧水是比较温和的氧化剂,漂白的产品白度稳定,而且能去除棉籽壳等天然杂质,对煮练要求较低,所以被大量应用于棉织物、合成纤维的漂白中。

二、漂白残留双氧水的危害

但是,在经过双氧水漂白的织物上会残留一些双氧水。这些残留的双氧水一方面对后续的工艺会产生不良影响,会破坏染色时活性染料的结构,造成色浅、色花等病疵。另一方面双氧水的缔合程度比水(H2O)大,所以它的沸点比水高。双氧水需要加热到153℃才会分解为水和氧气,而在棉织物的后整理拉幅定型过程中,并不能完全去除双氧水。

而双氧水对人体的健康危害非常大,浓的双氧水有强烈的腐蚀性,吸入该蒸气或雾对呼吸道有强烈刺激性。眼睛若直接接触液体可致不可逆损伤甚至失明??诜卸境鱿指雇?、胸口痛、呼吸困难、呕吐、一时性运动和感觉障碍、体温升高等。双氧水还可致人体遗传物质DNA损伤及基因突变,还可能加速人体衰老进程,与老年痴呆症的发生或发展关系密切。

因此,在对棉织物使用双氧水漂白以后,为了后续工艺的顺利进行,也为了人体的健康,应对棉织物进行除氧的水洗工艺。

三、传统水洗工艺与过氧化氢酶水洗工艺对比

传统的水洗工艺需要热水三道,冷水一道。而应用过氧化氢酶的水洗工艺,只需要冷洗一道,甚至不需要冷洗,还可以跟染色同浴进行。在进行了传统的三热一冷的水洗工艺以后,双氧水的残留量为0.5ppm。而使用过氧化氢酶水洗工艺,在加入过氧化氢酶二十分钟以后,残留双氧水为零。

表1 传统水洗工艺与过氧化氢酶水洗工艺对比

工艺       时间      用水    用汽       过氧化氢酶    醋酸

传统工艺       230分钟         50吨   9立方       92度

酶洗工艺    110分钟  20吨   3立方        44度  

从传统水洗工艺与过氧化氢酶水洗工艺使用的时间、消耗的水、蒸汽和电能的对比,可以看出使用过氧化氢酶水洗工艺能大大地节约时间、节约能源,以及节约水资源。过氧化氢酶水洗工艺虽然需要使用过氧化氢酶0.7公斤和醋酸5公斤,但总体成本应只在传统水洗工艺的一半左右。

四、过氧化氢酶水洗的机理

过氧化氢酶,是催化双氧水(过氧化氢)分解成氧和水的酶,普遍存在于能呼吸的生物体内及各个组织中,存在数量较多的是植物的叶绿体、线粒体、内质网、动物的肝和红细胞中。特别在肝脏中以高浓度存在。它可促使H2O2分解为分子氧和水,清除体内的过氧化氢,从而使细胞免于遭受H2O2的毒害,是生物防御体系的关键酶之一。

过氧化氢酶又称为触酶,是一种红血素酶。过氧化氢酶的含量越高,对双氧水(过氧化氢)的分解能力越大。过氧化氢酶完整的催化机制到现在还没有完全被了解,但其催化过程可以被认为:过氧化氢酶将双氧水(过氧化氢H2O2),通过催化一对电子的转移而最终将其分解为水和氧气。双氧水(过氧化氢H2O2)浓度越高,分解速度越快。同时,过氧化氢酶随PH值和温度的改变,其活力也随之变化。

过氧化氢酶虽然存在于许多植物,微生物和动物中,但这些过氧化氢酶都具有高度的相似性。这些过氧化氢酶都是由四个具有相同多肽链的亚基组成,每个亚基含有一个血红素辅基作为活性位点,该辅基的形成为铁卟啉,一个分子中含有四个铁原子,相对分子量一般为200~340kda。

过氧化氢酶对双氧水(过氧化氢H2O2)的催化,被认为分成两步:

H2O2+FE-E→H2O+O=FE-E

H2O2+O=FE-E→H2O2+FE-E+O2

其中,FE-E表示结合在酶上的血红素基团的中心铁原子FE FE -E+FE-E的一种共振形式,即铁原子并没有完全氧化到+V价,而是从血红素上接受了一些“支持电子”。

过氧化氢酶除了在印染工业中被应用作棉织物双氧水漂白后的水洗,还在食品工业中被用于除去制造奶酪的牛奶中的双氧水(过氧化氢)。

五、过氧化氢酶的历史和发展

早在1811年泰纳尔首次发现过氧化氢酶,他发现动植物组织可以分解双氧水(过氧化氢H2O2)产生氧气。

1900年,oscar loew 将这种能够降解过氧化氢的酶命名为“catalase”,即过氧化氢酶,并发现这种酶存在于许多植物和动物中,并且在动物的肝脏中含得最多。1937年,詹姆斯B萨姆纳将来自牛肝中的过氧化氢酶结晶,并在次年获得了该酶的分子量。

此后,人们开始利用不同的方法从各种动物组织中提纯过氧化氢酶。在上个世纪,科学家们从人胎盘的血液、猪血、新鲜贻贝肉匀浆中提纯过过氧化氢酶。这些酶的分离、提纯较为复杂,由于是胞内酶,所以实现高产和提取均不方便。而一些丝状真菌的过氧化氢酶则主要分泌于胞外,选用这些丝状真菌来生产过氧化氢酶在应用和产品提取方面应具有较大优势。

微生物过氧化氢酶发酵研究最早可追溯到1951年,brizuela等首次报道了用杆菌baxillus发酵生产过氧化氢酶。由于过氧化氢酶在微生物中普遍存在,生物多样性赋予了微生物多种可能的过氧化氢酶合成、分泌和调控机制,因此,通过菌种筛选提高发酵水平是一种十分有效的手段。后来,研究者不断筛选出新的过氧化氢酶生产菌株,还发现培养条件(PH/温度、溶氧等)和培养基对酶的产量和活性有非常大的影响,发展出了各种优化发酵过程的方法。

但随着菌种筛选工作的不断开展,从自然界直接筛选获得产酶水平幅提升的微生物的几率越来越小,这就要求研究者通过基因工程手段定向的构建能够高产过氧化氢酶的微生物??梢砸杂叛〉暮谇够蜃镈NA为模板,用PCR聚合酶链式反应的分子生物学技术,放大扩增黑曲霉基因组DNA上游和下游的某些片段,构建成重组的DNA。

DNA的半保留复制是生物进化和传代的重要途径。DNA在高温时也可以发生变性解链,当温度降低后又可以复性成为双链。PCR聚合酶链式技术如同一台温控的机床,将温度升高到93℃左右一段时间,使某段黑曲霉DNA双链解离为单链,再加入设计好的引物,将温度降至55℃左右,引物与黑曲霉DNA单链进行互补序列配对结合,72℃时在DNA聚合酶的作用下,合成一条新的与黑曲霉DNA互补的半保留复制链。这样的反应可以循环操作,每个循环的时间是2~4分钟,2~3小时就可以将待扩目的基因扩增放大几百万倍。

现在市场上应用比较多的过氧化氢酶是由黑曲霉生产的过氧化氢酶,通过了优选的搅拌和通风,使生产过氧化氢酶达到比较高的水平。酶可直接使用,无需稀释;水洗的时间一般在10~20分钟可完成,最适使用温度为30~60℃;工艺也比较简单,在溢流和喷射等间歇式浸漂工艺中,漂白后可直接在漂液中加入过氧化氢酶,在很短的时间内可将双氧水分解成氧气和水。

新葡京投注网址结语

在人类工业的进步过程中,审慎是首要的原则,我们应看生产是否危害到整个人类生存的环境??蒲Ъ际跏潜;さ厍蛏肪车闹饕α?,在新葡京投注网址行业中能耗高水耗高的技术应逐步淘汰,而使用节电、节水、降耗、环保的新技术。过氧化氢酶应用于漂白后去除双氧水,是一种减少生产时间、减少用水、降低生产温度的技术。对于大自然的生态环境,人类工程师发挥特有的、不可思议的力量,为?;さ厍蜃鞒雠?!新葡京投注网址生产厂家http://www.theklt.com/

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