LegnoLegno
Processo KraftProcesso Kraft
(Calore, solfuro sodico, (Calore, solfuro sodico, basi)basi)
Processo Processo chemiotermomeccanicchemiotermomeccanic
oo (solfito diluito; calore (solfito diluito; calore moderato; pressione; azione moderato; pressione; azione
meccanica)meccanica)
PulpingPulping
Lignina (80%), Lignina (80%), black liquor black liquor
(fenoli)(fenoli) cellulosacellulosa
SbiancSbiancaa
CartaCartagiornaligiornalistampastampa
Carta Carta riciclatariciclata
DisinchiostrazionDisinchiostrazionee
IMBALLAGGI
Prodotti ad alto valore aggiunto ENERGIA
INDUSTRIA CARTARIA EUROPEA:INDUSTRIA CARTARIA EUROPEA:
Utilizzo SOSTENIBILE di Utilizzo SOSTENIBILE di risorse rinnovabilirisorse rinnovabili
DIMINUIRE costi + DIMINUIRE costi + AUMENTARE competitività AUMENTARE competitività
+ MANTENERE elevate + MANTENERE elevate produzioniproduzioni
Nuove tecnologie: BIOTECNOLOGIE, Nuove tecnologie: BIOTECNOLOGIE, ENZIMIENZIMI
Perché sia implementato, un nuovo processo deve essere:Perché sia implementato, un nuovo processo deve essere:
• efficienteefficiente;;
• economicamente interessanteeconomicamente interessante (costi enzima e downstream); (costi enzima e downstream);
• privo di barriere tecnicheprivo di barriere tecniche (pH, T a cui usare enzima) (si (pH, T a cui usare enzima) (si accetta enzima se non occorre cambiare le condizioni del accetta enzima se non occorre cambiare le condizioni del
processo)processo)
LegnoLegno
Processo KraftProcesso Kraft
(Calore, solfuro sodico, (Calore, solfuro sodico, basi)basi)
Processo Processo chemiotermomeccanicchemiotermomeccanic
oo (solfito diluito; calore (solfito diluito; calore moderato; pressione; azione moderato; pressione; azione
meccanica)meccanica)
PulpingPulping
Lignina (80%), Lignina (80%), black liquor black liquor
(fenoli)(fenoli) cellulosacellulosa
SbiancSbiancaa
CartaCartagiornaligiornalistampastampa
Carta Carta riciclatariciclata
DisinchiostrazionDisinchiostrazionee
IMBALLAGGI
Prodotti ad alto valore aggiunto ENERGIA
BIOTECHNOCAL TOOLS FOR FIBRE
MATERIAL ENGINEERING
Tools Potential substratein wood pulp
Action Mechanisms ofmodification
Enzymes Cellulases CelluloseXylanase XylanMannanase GlucomannanLipases TriglyceridesOxidases- Laccase Lignin, lignan in DCS- Peroxidase Lignin, lignan in DCS- Tyrosinase Lignin ?- Galactose oxidase Galactoglucomannans
in fibres and in DCS Transferases Hemicelluloses Esterases (e.g. XET) etc.
Proteins hydrophobins Binding to surfaces Incerased hydrophobisity Process aids? Hydrophobisation?
swollenins Cellulose Loosening of cellulose fibril structure? Fibre engineering?
Specific hydrolysis Surface specific action Process aids &Specific hydrolysis Surface specific peeling analytical toolsSpecific hydrolysis Surface specific peeling - " -Specific hydrolysis Removal of extractives - " -
Process aids & functionalisation - " - - " - - " -
Functionalisation
Formation of radicals Covalent linkage dueFormation of radicals to radical reactionFormation of quinone Quinone based linkagesFormation of ketones Ketone and its further
reactionsTransfer reactions Transfer of activated of esterases etc. group
Application
SBIANCASBIANCAAgenti clorurati; H2O2, O3
PRE-SBIANCA: XILANASI
rottura legami covalenti
lignina-emicellulose
• > accesso a lignina
• combinate + trattamenti ciclici ottimi risultati (riciclare enzima)
• nuove: da termofili e alcalofili;
DNA ricombinante
• studi di struttura-attività enzima
Rimozione Stickies:Rimozione Stickies:polimeri (resine acriliche, polivinilacetato, PE, PP) da adesivi,
inchiostri, film plastici; formano agglomerati con le fibre; riducono qualità carta, rallentano tempo macchina
• Rimozione meccanica (centrifugazione)
• Controllo carta in entrata
• Agenti chimici
• Enzimi lipolitici prima/durante pulping + adsorbenti (bentonite, …)
lipasi, proteasi, emicellulasi, amilasi (Bork, K., et al., 2002. WO02095127);
laccasi (ICBPP 10, Wisconsin, USA, 10-15 June 2007)
Disinchiostrazione:
Cellulasi (modificate; separano inchiostro da fibre) + surfattanti
Rimozione depositi microbici:
Slime aerobico/anaerobico da acque riciclate causa blocco
macchine;
Biocidi per prevenire formazione matrice (proteasi,
lipasi, amilasi)
Detossificazione acque di cartiera:
Laccasi per degradare fenoli e derivati di lignina in black liquor
(FONT, X., et al., 2003. J Chem Technol Biotechnol, 78, 548–554)
Lignina perossidasi,
Manganese perossidasi
• trattamento con funghi (ARCHIBALD, F.S. et al., 1997. J Biotechnol, 53, 215–236)
• MnP H2O2 > brillantezza carta
• combinazioni MnP – xilanasi
Laccasi
• facile produzione; in commercio
• alcali laccasi; xilanasi laccasi (ICBPP 10, Wisconsin, USA, 10-15 June
2007)
• nuove laccasi (Azospirillum spp, Bacillus subtilis); nuovi mediatori
O2
2 H2O
Laccasi Ridotta
Laccasi Ossidata
Mediatore Ossidato
Mediatore Ridotto
Lignina Ridotta
Lignina Ossidata
LACCASI• Laccases catalyse the oxidation of diphenols, substituted phenols,
polyphenols, amines, and many others including fibre bound lignin
• Laccases can be used to activate, i.e. radicalise, the surface lignin of lignin-rich wood pulps
O•
OH
OH
e-
OH
e-
O
O
Non-enzymatic reactions
O2 + 4e- + 4H+ 2 H2O
laccase
A STRUCTURAL SCHEME FOR SOFTWOOD LIGNIN FRAGMENTS
Laccase oxidation of lignin
Phenoxy radical formation Depolymerisation Polymerisation
Brunow et al., 1998
CHEMO-ENZYMATIC FUNCTIONALIZATION OF FIBRES
PRINCIPLE OF THE METHOD
Bonding of functional chemistry to activated fibre surfaces– Modification occurs via surface lignin – Activation by enzymatic or chemical means– Based on fast radical reactions
METHOD CAN BE EXPLOITED IN– Enhancing inherent fibre properties– Creating completely new fibre properties
Lignin on TMP fibre
FUNCTIONALISATION OF FIBRES BY CHEMO-ENZYMATIC MEANS
Enzymatic/chemicaloxidation of fibres
Activationof fibres
Activation ofadditives
Tailor-madefibres
Enzymatic/chemicaloxidation of additives
= Linker component between fibre and component with selected properties
= Component with selected properties
1.
fibre
2. 3.
FUNCTIONALISATION OF FIBRES
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