Enzymatic Modification of the Interaction Between Lignin and Recycled Cellulose Fibers
(2019) KETM05 20191Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
- Abstract
- The pulp and paper industry have been a growing market during the last decades. Due to higher environmental concerns among people, the recycling of papers has become an even more important part of the industry. Recycled paper fibers however are of lower quality than virgin fibers. This report aims to analyze the possibility to use a laccase enzyme to modify the interaction between lignin and recycled pulp fibers in order to improve the recycled papers strength under humid conditions.
Experiments were carried out in order to characterize the effect of the enzyme on lignin interaction with the paper fibers and pulp. Several experiments were made, e.g. drop tests to measure the absorptivity of the paper, burst and compression strength... (More) - The pulp and paper industry have been a growing market during the last decades. Due to higher environmental concerns among people, the recycling of papers has become an even more important part of the industry. Recycled paper fibers however are of lower quality than virgin fibers. This report aims to analyze the possibility to use a laccase enzyme to modify the interaction between lignin and recycled pulp fibers in order to improve the recycled papers strength under humid conditions.
Experiments were carried out in order to characterize the effect of the enzyme on lignin interaction with the paper fibers and pulp. Several experiments were made, e.g. drop tests to measure the absorptivity of the paper, burst and compression strength tests to measure how sturdy the paper was, and moisture content tests to measure how much water the paper absorbed from the surrounding air. Tests were also carried out where sugars were added to the process, to find out if the presence of carbohydrates would improve the integration of lignin.
The results indicate that the lignin reacts fast in the presence of the enzyme, and also indicate that an interaction between the paper fibers and the lignin results from these reactions. The drop tests show that a treatment with enzymes and lignin increase the absorption time with around 20 seconds, and both the burst and compression strength tests show an increase in strength, normalized by the surface weight, by 0.5 MN/kg and 2 kNm/kg respectively. However, the significance of these improvements needs to be validated by further experiments. The addition of carbohydrates seems to only have a small effect on some of the different tests, but these effects are most likely not significant. More experiments to tests other types of lignin, carbohydrates and enzymes should be carried out on order to optimize the procedures and validate the results. (Less) - Abstract (Swedish)
- Pappers- och pappersmassaindustrin har ökat markant under de senaste årtiondena. På grund av att samhället har blivit mer miljömedvetet har återvinning av papper blivit en allt viktigare del inom industrin. Återvunna pappersfiber är dock av lägre kvalité än nygjorda fibrer. Syftet med denna rapport är att analysera möjligheterna att använda ett enzym av typen lackas för att modifiera interaktionen mellan lignin och återvunnen pappersmassa och därigenom förbättra papprets styrka under fuktiga förhållanden.
Experiment gjordes för att karaktärisera enzymets effekt på lignininteraktionen med pappersfibrerna och pappersmassan. Ett flertal olika experiment gjordes, till exempel dropptest för att mäta papprets absorptionsförmåga, spräng- och... (More) - Pappers- och pappersmassaindustrin har ökat markant under de senaste årtiondena. På grund av att samhället har blivit mer miljömedvetet har återvinning av papper blivit en allt viktigare del inom industrin. Återvunna pappersfiber är dock av lägre kvalité än nygjorda fibrer. Syftet med denna rapport är att analysera möjligheterna att använda ett enzym av typen lackas för att modifiera interaktionen mellan lignin och återvunnen pappersmassa och därigenom förbättra papprets styrka under fuktiga förhållanden.
Experiment gjordes för att karaktärisera enzymets effekt på lignininteraktionen med pappersfibrerna och pappersmassan. Ett flertal olika experiment gjordes, till exempel dropptest för att mäta papprets absorptionsförmåga, spräng- och kompressionsstyrka mättes för att undersöka papprets robusthet och fukthaltsmätningar gjordes för att se hur mycket fukt pappret absorberade från omgivningen. Tester med tillsats av olika sockerarter utfördes också för att se om kolhydraters närvaro i blandningen ökade ligninets integrationsförmåga.
Resultaten indikerar att ligninet reagerar mycket fort i närvaro av enzymet, och de tyder också på att någon form av interaktion mellan pappersfibrerna och ligninet sker som ett resultat av dessa reaktioner. Dropptesterna visar att enzym- och ligninbehandlingen ökar absorptionstiden med cirka 20 sekunder, och behandlingen ökar även spräng- och kompressionsstyrkan, när dessa normaliserats mot papprets ytvikt, med 0.5 MN/kg respektive 2 kNm/kg. För att avgöra om detta är signifikanta skillnader behöver dock fler experiment göras. Tillsatsen av kolhydrater verkar bara ha en mindre effekt, och denna är högst troligt inte signifikant. Fler experiment med olika typer av lignin, kolhydrater och enzymer bör utföras för att optimera processen och validera resultaten. (Less) - Popular Abstract (Swedish)
- Papper och kartong är ett av det moderna samhällets viktigaste material. Det tillverkas av trä som bokstavligt talat växer på träd, och kan till skillnad från de flesta typer av plast göras om till nya produkter och återanvänds. Problemet med återvunnet papper är dock att det får sämre egenskaper och förlorar styrka ju fler gånger det återvinns.
Detta projekt har undersökt möjlighet att med hjälp av enzymer behandla återvunnet papper med lignin och olika sockerarter för att förbättra dess tidigare förlorade styrka under fuktiga förhållanden. Resultatet tyder på att det finns någon form av interaktion mellan pappret och ligninet, och att detta högst troligt beror på enzymets närvaro. Fler experiment behöver dock göras för att kunna dra... (More) - Papper och kartong är ett av det moderna samhällets viktigaste material. Det tillverkas av trä som bokstavligt talat växer på träd, och kan till skillnad från de flesta typer av plast göras om till nya produkter och återanvänds. Problemet med återvunnet papper är dock att det får sämre egenskaper och förlorar styrka ju fler gånger det återvinns.
Detta projekt har undersökt möjlighet att med hjälp av enzymer behandla återvunnet papper med lignin och olika sockerarter för att förbättra dess tidigare förlorade styrka under fuktiga förhållanden. Resultatet tyder på att det finns någon form av interaktion mellan pappret och ligninet, och att detta högst troligt beror på enzymets närvaro. Fler experiment behöver dock göras för att kunna dra några konkreta slutsatser.
Under en halvårsperiod gjordes ett flertal experiment där lignin behandlades med enzym och olika typer av kolhydrater, så som hemicellulosa, glukos, sackaros med flera. Dessa enzym-, lignin- och sockerblandningar användes sedan för att behandla pappersmassa för att se om man kunde se skillnad i styrka och fuktuptagningsförmåga på det papper som blivit behandlat jämfört med det som inte blivit behandlat. Först tillverkades egen pappersmassa genom att mixa vatten och pappersark i en köksmixer. Denna massa behandlades sedan med de olika blandningarna och tiden det tog för en vattendroppe att absorberas av pappret mättes.
Utöver den egentillverkade pappersmassan gjordes även tester på pappersmassa taget direkt från ett pappersmassabruk. Sagda massa behandlades på samma vis som den hemmagjorda massan, men utvärderades på annat sätt. Under kontrollerade klimatförhållanden med en temperatur på 23 °C och 50% relativ luftfuktighet gjordes tester på bland annat hur mycket kraft som krävdes för att göra hål på pappret, hur mycket vatten som absorberades under en viss tid, samt hur mycket fukt pappret drog åt sig från omgivningen.
Att pappret visade sig ha blivit någorlunda starkare av behandlingen tyder på att detta är ett område som är värt att forska vidare i. Om man kan förbättra kvalitén på returpapper kommer man kunna dra ner på behovet av att tillverka sprillans nytt papper, vilket kommer dra ner på påfrestningar av miljön. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/8980753
- author
- Klug, Manfred LU
- supervisor
- organization
- course
- KETM05 20191
- year
- 2019
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Lignin, Pulp and Paper, Recycling, Biotechnology, Enzyme technology, Laccases, Chemical Engineering, Kemiteknik
- language
- English
- id
- 8980753
- date added to LUP
- 2019-07-04 11:09:23
- date last changed
- 2019-07-04 11:09:23
@misc{8980753,
abstract = {{The pulp and paper industry have been a growing market during the last decades. Due to higher environmental concerns among people, the recycling of papers has become an even more important part of the industry. Recycled paper fibers however are of lower quality than virgin fibers. This report aims to analyze the possibility to use a laccase enzyme to modify the interaction between lignin and recycled pulp fibers in order to improve the recycled papers strength under humid conditions.
Experiments were carried out in order to characterize the effect of the enzyme on lignin interaction with the paper fibers and pulp. Several experiments were made, e.g. drop tests to measure the absorptivity of the paper, burst and compression strength tests to measure how sturdy the paper was, and moisture content tests to measure how much water the paper absorbed from the surrounding air. Tests were also carried out where sugars were added to the process, to find out if the presence of carbohydrates would improve the integration of lignin.
The results indicate that the lignin reacts fast in the presence of the enzyme, and also indicate that an interaction between the paper fibers and the lignin results from these reactions. The drop tests show that a treatment with enzymes and lignin increase the absorption time with around 20 seconds, and both the burst and compression strength tests show an increase in strength, normalized by the surface weight, by 0.5 MN/kg and 2 kNm/kg respectively. However, the significance of these improvements needs to be validated by further experiments. The addition of carbohydrates seems to only have a small effect on some of the different tests, but these effects are most likely not significant. More experiments to tests other types of lignin, carbohydrates and enzymes should be carried out on order to optimize the procedures and validate the results.}},
author = {{Klug, Manfred}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Enzymatic Modification of the Interaction Between Lignin and Recycled Cellulose Fibers}},
year = {{2019}},
}