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NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/2007 1 CONTENUTI Riciclo e disinchiostrazione Tecniche e processi di disinchiostrazione.

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1 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ CONTENUTI Riciclo e disinchiostrazione Tecniche e processi di disinchiostrazione Biotecnologie e disinchiostrazione enzimatica

2 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ RICICLO E DISINCHIOSTRAZIONE Il riciclo della carta è importante da punto di vista economico ed ambientale: Materia prima secondaria per lindustria cartaria Miglioramento del ciclo di vita della carta Riduzione dellimpatto ambientale della produzione e utilizzo della carta Migliore politica di gestione dei rifiuti

3 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ Fonte: CEPI, Key Statistics 2006 (Pubblicato ) RICICLO E DISINCHIOSTRAZIONE IL RICICLO DELLA CARTA IN EUROPA. Dati 2006, paesi CEPI.

4 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ European Declaration on Paper Recovery Firmata nel Novembre Obiettivo: tasso di riciclo del 56% entro il European Declaration on Paper Recycling Firmata nel Settembre Coinvolti 29 paesi europei (25 paesi UE + Svizzera, Norvegia, Romania e Bulgaria). Obiettivo: tasso riciclo del 66% entro il RICICLO E DISINCHIOSTRAZIONE IL RICICLO DELLA CARTA IN EUROPA.

5 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ Utilizzo di carta di recupero per settore nei paesi CEPI (2006). CEPI, Key Statistics 2006 (Pubblicato ) RICICLO E DISINCHIOSTRAZIONE

6 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ RICICLABILITÀ RICICLABILITÀ: due grosse tipologie di prodotti, con processo di riciclo diverso: CARTE/CARTONI PER IMBALLAGGIO (carte non stampate) No disinchiostrazione CARTE GRAFICHE ( carte stampate) Necessitano di disinchiostrazione per poter essere riciclate RICICLO E DISINCHIOSTRAZIONE

7 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ OBIETTIVI DELLA DISINCHIOSTRAZIONE: rimozione dellinchiostro e buone PROPRIETA OTTICHE del prodotto finito: GRADO DI ELIMINAZIONE DI INCHIOSTRO, GRADO DI BIANCO, LUMINOSITA, OPACITA, PUNTI DI SPORCO RESIDUI. buona qualità del filtrato da macchina continua in produzione: PROPRIETA CHIMICO-FISICHE, GRADO DI OSCURAMENTO buona resa di disinchiostrazione e poco scarto. RESA DI DISINCHIOSTRAZIONE RICICLO E DISINCHIOSTRAZIONE

8 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ TECNICHE E PROCESSI IL PROCESSO DI DISINCHIOSTRAZIONE AVVIENE IN 2 FASI: I.Distacco dellinchiostro dalle fibre e dispersione dellinchiostro nellimpasto. Questa fase avviene nel pulper. II.Separazione delle particelle di inchiostro dallimpasto fibroso. Questa fase viene condotta con due tecniche diverse, la cui scelta dipende dal tipo di inchiostro e dal tipo di stampa. Le due tecniche possibili di disinchiostrazione sono la FLOTTAZIONE e il LAVAGGIO. FLOTTAZIONE: FLOTTAZIONE: Processo più diffuso, usato in quasi tutti gli impianti per la rimozione della maggior parte degli inchiostri. LAVAGGIO: LAVAGGIO: Procedimento utilizzato soprattutto per rimuovere inchiostri solubili in acqua e con particelle di piccole dimensioni.

9 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ TECNICHE E PROCESSI Tecnica tradizionale di disinchiostrazione: processo chimico in condizioni alcaline Spappolamento condotto generalmente in pulper a medio- alta consistenza, 6-20%. Favorisce maggior distacco dellinchiostro dalle fibre. Aggiunta di prodotti chimici in fase di spappolamento, necessari al distacco dellinchiostro e alla fase successiva di flottazione. Chimici nel pulping NaOH 1-1,5 % Tensioattivo 0,4-0,6 % Sodio silicato 1-1,5 % H 2 O 2 perossido 0,7-0,9 %

10 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ TECNICHE E PROCESSI FLOTTAZIONE: Le particelle di inchiostro vengono agglomerate in particelle più grandi e rese idrofobiche ( azione dei saponi e acidi grassi). Immissione di flusso di aria dispersa in piccole bolle. Gli agglomerati di particelle, idrofobici, aderiscono alle bolle daria e risalgono in superficie adese a queste, formando uno strato di schiuma. La schiuma viene allontanata. Sistemi di flottazione operano a CONSISTENZA FIBRA 0,8-1,5 %, TEMPERATURA °C, pH 7-9.

11 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ Se troppo grandi ( > 150 µm) o troppo piccole ( < 10 µm) sono difficilmente asportabili mediante flottazione. Importanza delle DIMENSIONI PARTICELLE DI INCHIOSTRO: TECNICHE E PROCESSI EFFICACIA DELLA FLOTTAZIONE:

12 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ Diametro particelle di inchiostro, µm INCHIOSTRO e STAMPACarta non patinataCarta patinata Offset Flessografica (acqua) Rotogravure Laser, fotocopie TECNICHE E PROCESSI

13 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ BIOTECNOLOGIE: utilizzo di microrganismi e/o enzimi in processi tecnologici. MICRORGANISMI: tempi di reazione medio-lunghi ENZIMI (biocatalizzatori): Proteine complesse, prodotte in natura Tempi di reazione brevi Facilmente biodegradabili dalle popolazioni di microorganismi presenti in natura BIOTECNOLOGIE E DISINCHIOSTRAZIONE ENZIMATICA

14 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ BIOTECNOLOGIE E DISINCHIOSTRAZIONE ENZIMATICA MAGGIORE EFFICACIA e MIGLIORI RISULTATI NELLA DISINCHIOSTRAZIONE per alcune tipologie di prodotti (carta mista da ufficio e carta stampata a toner). TEMPI E CONDIZIONI DI REAZIONE COMPATIBILI con il ciclo di produzione cartario. CONDIZIONI BLANDE DI REAZIONE. Possibilità di condurre il processo in condizioni neutre. BASSO IMPATTO AMBIENTALE. Eliminazione o riduzione dell utilizzo di sostanze chimiche. DISINCHIOSTRAZIONE ENZIMATICA : vantaggi rispetto a metodo tradizionale alcalino

15 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ ENZIMI UTILIZZATI NELLA DISINCHIOSTRAZIONE: CELLULASI, azione sulla superficie delle fibre e sulla frazione di fibre fini, con parziale idrolisi della cellulosa a glucosio e oligosaccaridi. EMICELLULASI, azione sulle emicellulose presenti sulla superficie delle fibre. AMILASI, degradazione dellamido che può costituire il rivestimento superficiale della carta su cui è fissato inchiostro. FACILITANO IL DISTACCO DELLE PARTICELLE DI INCHIOSTRO DALLE FIBRE. LIPASI ed ESTERASI, idrolisi di alcune componenti di inchiostri a base di oli vegetali. DEGRADANO PARZIALMENTE LINCHIOSTRO BIOTECNOLOGIE E DISINCHIOSTRAZIONE ENZIMATICA

16 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ CELLULASI: sono complessi multienzimatici costituiti da : - 1,4-ß-D-cellobioidrolasi (CBH I e CBH II), che agiscono tagliando le zone terminali delle catene di cellulosa. Sito attivo che idrolizza preferenzialmente la cellulosa cristallina a struttura ordinata. - Endo-1,4-ß-glucanasi (EG), che agiscono sulla parte centrale delle catene di cellulosa, creando nuovi siti di attacco per le CBH. EG agiscono per lo più sulla cellulosa amorfa. Possono in realtà idrolizzare anche regioni cristalline del substrato se possiedono nella loro struttura molecolare il Cellulose Binding Domain (CBD), che legandosi a questa parte del substrato, facilita ladsorbimento dellenzima. - ß-glucosidasi, che scindono le unità di cellobiosio in glucosio. BIOTECNOLOGIE E DISINCHIOSTRAZIONE ENZIMATICA

17 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ Zeyer et al. Tappi J BIOTECNOLOGIE E DISINCHIOSTRAZIONE ENZIMATICA MECCANISMO DAZIONE DELLE CELLULASI

18 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ BIOTECNOLOGIE E DISINCHIOSTRAZIONE ENZIMATICA DISINCHIOSTRAZIONE ENZIMATICA : risultato dellazione concomitante di ENZIMA + AZIONE MECCANICA DELLO SPAPPOLAMENTO Cellulasi agisce sulle particelle di inchiostro legate alle fibre cellulosiche, che sono rese facilmente accessibili in seguito alla frizione meccanica dello spappolamento. Diversi studi effettuati sia a scala di laboratorio che semi-industriale hanno dimostrato una maggiore efficacia degli enzimi a valori di consistenza medio alti dellimpasto nel pulper (12-16 %). Es: Jeffries et al. Comparison of enzyme-enhanced with conventional deinking of xerographic and laser-printed paper. Tappi Journal. 77(4): (1994).

19 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ FASE DI SPAPPOLAMENTO: parametri fondamentali affinché lenzima possa esplicare al meglio la sua azione: pH: tra 6,5 e 7,5. Temperatura: tra 40°C e 55°C. Tempo minuti. DOSE DI ENZIMA: generalmente compresa tra 0.02% e 0.05% del peso secco dellimpasto trattato. BIOTECNOLOGIE E DISINCHIOSTRAZIONE ENZIMATICA

20 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP) TEST DI DISINCHIOSTRAZIONE condotti sulle seguenti tipologie di materiali costituenti scarto misto dufficio: carta vergine A4 stampata a toner con tecnica laser. carta vergine A4 stampata a toner con fotocopiatrice. quotidiano a diffusione nazionale, con stampa prevalentemente off-set. SCOPO: valutazione e confronto della disinchiostrabilità PROCESSO NEUTRO ENZIMATICO PROCESSO ALCALINO TRADIZIONALE VS

21 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP) METODO INGEDE 11 METODO INGEDE 11: Valutazione della riciclabilità di prodotti stampati – test di disinchiostrabilità Test eseguiti secondo metodo elaborato da Ingede, associazione internazionale di ricerca su tecnologie di disinchiostrazione. Vengono riprodotte in laboratorio le principali fasi del processo di riciclo industriale, utilizzando disinchiostrazione per flottazione. Si misurano proprietà ottiche del prodotto finale riciclato.

22 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ HOBART PULPER (INGEDE M_11): Consistenza dellimpasto: 15% Tempo: 20 min Temperatura: 45°C Quantità di carta: 200 g secchi Velocità del rotore: 2 SPAPPOLAMENTO (PULPING): TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP)

23 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ TEST neutri enzimatici (NE) Surfattante non ionico 0,1%. Cellulasi Novozyme 342 cellulasi cruda 0,05%. Acqua distillata. TEST alcalini (A) (Ingede M_11) NaOH: 0,6%. Na-Silicato: 1,8%. Acido oleico: 0,8%. H 2 O 2 : 0,7% Acqua a durezza controllata: 18°dH TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP) SPAPPOLAMENTO (PULPING): Quantità espresse come % riferita al peso secco del campione di carta testato.

24 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ SPAPPOLAMENTO STOCCAGGIO OMOGENIZZAZIONE FLOTTAZIONE Impasto non disinchiostrato Impasto disinchiostrato Temperatura: 45°C Consistenza: 5% Tempo: 60 min Cella di flottazione: Temperatura: 45°C Quantità impasto: 150 g Consistenza: 0.6% Tempo: 20 min INGEDE M_11 TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP)

25 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ PREPARAZIONE CAMPIONI: (INGEDE M_1) Impasto non disinchiostrato: 2 filtri (225 g/m 2 ) e 2 fogli (45 g/m 2 ). Impasto disinchiostrato: 2 filtri (225 g/m 2 ), 2 fogli (45 g/m 2 ), 2 membrane per analisi filtrato (0,45 µm). VALUTAZIONE CAMPIONI: (INGEDE M_2) Propietà ottiche: ISO-Brightness %, Luminosità Y, Colore, IE 700 %. Punti di sporco residui (Analisi di immagine, Domas). Oscuramento del filtrato. Resa di flottazione. In aggiunta: Resistenza alla trazione e drenabilità dellimpasto. TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP)

26 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP) Carta A4 con stampa a toner laser e fotocopia

27 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ ISO-Brightness (%) TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP) Carta A4 con stampa a toner laser e fotocopia Luminosità Y Impasto disinchiostrato

28 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ Punti di sporco residui (Analisi immagine) AREA PUNTI DI SPORCO (mm 2 /m 2 ) NUMERO PUNTI DI SPORCO (N°/m 2 ) TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP) Carta A4 con stampa a toner laser e fotocopia

29 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ Drenabilità (°SR), Indice di trazione (ISO ) copy laser Carta A4 con stampa a toner laser e fotocopia Resa di flottazione (%) TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP)

30 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ Carta di quotidiano stampa off-set TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP)

31 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ ISO-Brightness (%), Luminosità Y Carta di quotidiano stampa off-set Impasto disinchiostrato TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP)

32 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ CONCLUSIONI: Il processo di disinchiostrazione neutro-enzimatico è efficace per carte con stampa digitale a toner. Proprietà ottiche simili a quelle ottenute in processo alcalino ( maggiore IE%, piccola diminuzione di Y, nessuna variazione nella ISO-Brightness %). Efficacia di rimozione dei punti di sporco molto maggiore. Forte riduzione del numero e area dei punti di sporco. Leggero aumento della drenabilità dellimpasto e della resa di flottazione. Proprietà di resistenza alla trazione invariate. TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP)

33 NePI – Seminario Biotecnologie – 3 Ottobre 2007 Cost E46-D.Bussini Bilbao, 23/05/ TEST DI LABORATORIO E RISULTATI OTTENUTI (SSCCP) CONCLUSIONI: Il processo di disinchiostrazione neutro-enzimatico è poco efficace per quotidiani. Peggioramento delle proprietà ottiche rispetto a processo alcalino. Necessità di testare un maggior numero di campioni e di ulteriore studio di alcuni parametri del processo.


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