Redução do consumo de reagentes de branqueamento por aplicação de tratamentos enzimáticos em pastas kraft pré-deslenhificadas com oxigénio

Abstract

O presente estudo teve como principais objetivos analisar o desempenho de uma xilanase, a xilanase X, no tratamento enzimático de pastas kraft de E. globulus prédeslenhificadas com oxigénio (pasta O), recolhidas numa unidade industrial portuguesa, e avaliar a poupança de reagentes químicos usados no branqueamento (dióxido de cloro – ClO2), o ganho de brancura e a estabilidade da brancura. Para tal, foram realizados vários ensaios com a xilanase X em diferentes condições de operação (pH 8; 9; 9,5 e 10) e dose enzimática (0,067; 0,134 e 0,2 kg/t odp). A temperatura e o tempo do estágio enzimático mantiveram-se constantes e foram de 88ºC e 60 min, respetivamente. Para todas as condições testadas foi realizado pelo menos um ensaio de controlo, ou seja, ensaio realizado nas mesmas condições do tratamento enzimático mas sem adição de enzima. Na pasta O foram aplicados estágios X (tratamento enzimático), D (dióxido de cloro) e E (extração alcalina) obtendo-se, desta forma, as seguintes sequências de branqueamento: OXDE e ODE. As pastas OXDE e ODE foram comparadas de modo a avaliar a influência do tratamento enzimático na poupança de dióxido de cloro nos estágios posteriores, bem como na brancura e sua estabilidade. Os filtrados resultantes do tratamento enzimático (sequência de branqueamento OX) foram analisados por espectroscopia UV, a 205 nm, e por HPLC de modo a ter perceção da remoção da lenhina residual e de monossacarídeos. O índice kappa, a viscosidade, a brancura ISO, a reversão de brancura, o teor de lenhina solúvel e insolúvel (Klason), de ácidos hexenurónicos, e de pentosanas também foram determinados nas pastas obtidas. Através da análise dos resultados, foi possível concluir que a xilanase X desempenha melhor as suas funções a pH 8, sendo possível obter 29 pontos no ganho de brancura ISO com a carga de enzima mais baixa (0,067 kg/t odp). Com o PC number foi possível obter uma diminuição de 0,4 pontos para a maior carga de enzima (0,2 kg/t odp) e pH 8, o que indica que nestas condições a pasta apresenta uma maior estabilidade de brancura ISO. Com o tratamento enzimático, ocorreu alguma diminuição no índice kappa, tornandose este efeito tanto maior quanto maior for a atividade da enzima. Foi possível confirmar, através da análise por HPLC, que a xilanase atua através da hidrólise das xilanas presentes na pasta libertando xilose, galactose e alguns xilo-oligossacarídeos, o que contribui para uma perda de rendimento. Quanto mais elevado for o pH utilizado no ensaio, menor é a perda de rendimento associada, variando entre ~0% para pH 10 e 3% para pH 8, sendo possível obter uma poupança de dióxido de cloro de 15 a 60% para esta gama de pH. As condições de tratamento enzimático a pH 9 são aquelas que permitem um melhor balanço entre os efeitos positivos e negativos da ação da xilanase X: poupança de ClO2 de ~20%, ganho de brancura ISO de ~28%, com perda de rendimento de ~1%, para uma carga enzimática de 0,067 kg/t odp.

The aim of this study was to evaluate the performance of a xylanase, xylanase X, in the enzimatic treatment of an oxygen pre-delignified E. globulus kraft pulp (pulp O), collected in a Portuguese mill. Possible savings in bleaching reagents (chlorine dioxide – ClO2), the brightness gain and brightness stability were also studied. Different operating conditions were studied: pH (8, 9, 9.5 and 10) and enzyme dosage (0.067, 0.134 and 0.2 kg/t odp). The temperature and the retention time were kept constant (88°C and 60 min, respectively). For all tested conditions at least one control test was performed, (at the same conditions but without the addition of enzyme). Different bleaching stages were applied in pulp O: X (enzymatic treatment), D (chlorine dioxide) and E (alkaline extraction) resulting in OXDE and ODE bleaching sequences. OXDE and ODE pulps were compared, in order to evaluate the effect of the enzymatic treatment on chlorine dioxide savings in the following stages, as well as, the brightness and brightness stability. Filtrates from the enzymatic treatment (OX bleaching sequence) were analyzed by UV spectrometry at 205 nm and by HPLC in order to perceive the removal of residual lignin and monosaccharides. The obtained pulps were analyzed regarding the determination of kappa number, viscosity, ISO brightness, PC number, soluble and insoluble lignin (Klason lignin), hexenuronic acids, pentosans and the characterization of carbohydrates. By analyzing the results, it was possible to concluded that the optimal pH for xylanase X is 8. At pH 8 is possible to obtain a brightness gain of 29 points ISO with the lowest enzyme dosage (0.067 kg/t odp ) and a decrease in PC number of 0.4 points for the highest enzyme dosage (0.2kg/t odp), at pH 8, indicating that under these conditions the pulp has a higher ISO brightness stability. With the enzymatic treatment there was a decrease in the kappa number and this effect increases with the increase of enzyme activity. It was verified by HPLC analysis that the xylanase acts by hydrolyzing the xylans present in the pulp, releasing xylose, galactose and some xylo-olygosaccharides, which contribute for yield loss. The higher the pH used in the assay, the lower the loss associated with yield, ranging from ~0% at pH 10 to 3% at pH 8, being possible to obtain a chlorine dioxide savings from 15 to 60% for this pH range. The enzyme treatment conditions at pH 9 are those that allow a better balance between the positive and negative effects of the xylanase X action: ClO2 savings of ~20%, ISO brightness gain of ~28%, yield loss of ~1% for an enzyme load of 0.067 kg/t odp.