The aim of this thesis is to modify flax pulp fibres (Linum usitatissimum) by more friendly environmental processes. Pulp and paper research is focussing through enzyme systems investigation for developing green chemistry technologies due to existing environmental concerns and to legal restrictions. Moreover, it exists also an increasing strategic interest in using flax fibres to obtain high-quality specialty papers. That is why we study the application of biotechnology as an efficient alternative to traditional industrial processes based on the use of chemical agents. This work is framed by two of the main research topics of the Paper and Graphic Specialty Laboratory in the Textile and Paper Engineering Department of the Universitat Politècnica de Catalunya. One research line is based on pulp bleaching and is focused basically on the study of enzymatic systems as biobleaching agents; the other research topic that has been recently introduced in our investigation group is the use of enzymes as functionalisation agents by promoting the grafting of several compounds. Laccase is the main enzyme used in this thesis; it is an oxidoreductase that can assist reactions in an eco-friendly way since laccase uses air and produces water as the only by-product. Moreover, laccase can work under mill conditions and has wide application potential. The first part of this thesis involved the use of enzymes to bleach flax pulp. The aim was to explore the potential of various natural mediators (lignin-derived compounds) for delignifying flax fibres in order to identify the most efficient and ecofriendly choice among them. Afterwards, we assessed the use of various enzyme delignification stages in an industrial bleaching sequence. The ensuing totally chlorine free (TCF) sequence comprised various laccase-mediator system treatments (L stage) followed by a by a chelating stage (Q stage) and a subsequent bleaching step with hydrogen peroxide (Po stage). A xylanase pretreatment was additionally carried out. Laccases used came from the fungi Pycnoporus cinnabarinus and Myceliophthora thermophila; the performance of several natural mediators was compared with the obtained with the application of various synthetic mediators. In addition, the lack of studies on the properties of effluents from the treatment of non-wood pulp with laccase and natural mediators led A-1 A-2 us to examine effluent properties upon biotreatments and after different bleaching stages. The results obtained warrant upscaling any of the biobleaching sequences for flax pulp as they provide sustainable flax fibre with a high cellulose content and brightness above 80% ISO. The use of xylanase pretreatment was found to efficiently remove HexA and enhance delignification by laccase.

La tesi que ens ocupa, parteix de I'interes de blanquejar pasta kraft d'eucaliptus a traves de tecnologies netes, es a dir, utilitzant metodes mes respectuosos pel medi ambient. La motivacio per a la realitzacio d'aquesta tesi, sorgeix de la problematica ambiental ja coneguda que existeix amb relacio a la contaminacio produida pels reactius utilitzats en el blanqueig de pastes per a paper i de I'interes estrategic que representa per Espanya la utilitzacio de la fusta d'eucaliptus. D'aquesta manera, es volen estudiar nous sistemes enzimatics que puguin deslignificar i blanquejar aquesta pasta.La present tesi s'emmarca dins d'una de les linees d'investigacio del Departament d'Enginyeria Textil i Paperera, de la Universitat Politecnica de Catalunya, encaminada a ('Aplicacio de la Biotecnologia per al Blanqueig de Pastes.Aixi, s'enfoca la recerca cap a la utilitzacio de xilanases per a potenciar el blanqueig en sequencies ECF i TCF, i cap a la utilitzacio de lacases a traves del sistema lacasa-mediador per a blanquejar i deslignifcar la pasta. Degut al gran contingut en acids hexenuronics de les pastes kraft d'eucaliptus, i a la creixent importancia d'aquests en els processos de blanqueig, especial interes es dona en la seva evolucio al Ilarg dels diferents tractaments.Primerament es realitza un escrutini d'actuacio de diferents xilanases tant noves com comercials per tal d'identificar les mes eficients en potenciar el blanqueig. Aquests assajos es realitzen sobre sequencies XD, XP i XDP. Segons les propietats de la pasta d'index kappa, blancor, viscositat i HexA i segons I'analisi per cromatografia en capa fina dels efluents de I'etapa X, s'obte que la xilanasa comercial Xc i que la xilanasa nova XG son les mes eficients en potenciar el blanqueig. La xilanasa nova mes eficient pertany a la familia 11 de les glicosil hidrolases. D'altra banda, s'observa que la xilanasa XJ (familia 5) produeix Ileugers efectes sobre les pastes i que totes les xilanases noves (families 10, 11 i 5) contribueixen a la disminucio del contingut en HexA de les pastes.Seguidament, la millor xilanasa comercial (Xc) i nova (XG) s'apliquen en una sequencia complerta de blanqueig XDEopD1. Degut a I'interes cientific que representa aplicar per primera vegada una xilanasa de la familia 5 sobre les pastes, tambe s'aplica la xilanasa Xj en aquesta sequencia complerta. La xilanasa Xj s'aplica sola i combinada amb la xilanasa XG. Els resultats demostren que amb un pretractament amb xilanasa es milloren les propietats de les pastes al Ilarg de la sequencia i que el pretractament X podria permetre un estalvi en dioxid de clor. A mes, les xilanases no afecten a les propietats fisiques finals dels papers.En segon Iloc, s'aplica el sistema lacasa-mediador (L) sobre les pastes utilitzant HBT com a mediador. L'objectiu d'aquest tractament es d'una banda optimitzar les condicions d'aplicacio del sistema lacasamediador segons les propietats d'index kappa i blancor i d'altra banda veure si el pretractament amb xilanasa es capag de potenciar I'efecte del tractament L. Tambe es vol analitzar com el tractament L afecta als HexA, a la lignina i a la viscositat. Els resultats demostren que a dosis baixes de mediador i a temps curts s'obtenen bones propietats. El tractament L disminueix sobretot la lignina de la pasta tot i que tambe fa disminuir els HexA, i Ileugerament la viscositat. Els esterols de la pasta son tambe eliminats durant aquest tractament. A mes, es demostra que el pretractament X "facilita" I'efecte del sistema lacasa-mediador en eliminar els acids hexenuronics de la pasta. Per I ltim, queda reforgada la necessitat d'aplicar una etapa d'extraccio alcalina posterior a L.Posteriorment, es compara I'efectivitat del mediador NHA respecte I'HBT obtenint resultats molt prometedors amb aquest mediador ja que a part de ser mes barat i potencialment menys toxic que I'HBT, presenta una reaccio de tipus reversible i es tant eficient com aquest I ltim en deslignificar la pasta. Paral·lelament es realitza una recerca de mediadors naturals produits durant el creixement de P.cinnabarinussobre la fusta de pi. Per I ltim, s'aplica per primera vegada la tirosinasa en el blanqueig de pastes i els resultats indiquen que cal continuar la recerca sobre aquesta possible aplicacio biotecnolOgica d'aquest enzim. Aquest bloc d'experiencies s'ha realitzat a l'"Institut National de la Recherche Agronomique" (INRA) de Marsella, Franca.Finalment, es discuteix sobre la importancia dais acids hexenuronics al Ilarg dais processos de blanqueig, i sobre com aquests son eliminats pals diferents tractaments tant quimics corn enzimatics. Es troba la relacio antra aquests acids i I'index kappa de la pasta d'eucaliptus utilitzada.

El sector de pasta i paper és considerat un dels set sectors industrials més intensius en consum energètic. La producció i consum d'electricitat i de vapor esdevenen les fonts majoritàries d'emissions de gasos d'efecte hivernacle en aquest sector industrial. Les fàbriques papereres poden assolir objectius de reducció d'emissions mitjançant reducció en origen (substitució de combustibles, introducció d'energies renovables) o bé a partir de mesures d'eficiència energètica en el propi procés. En aquest context, s'ha desenvolupat un mètode de distribució d'emissions que permet assignar a cada unitat d'operació del procés paperer, el seu grau de responsabilitat en emissions. També s'han avaluat diferents mètodes de càlcul de factors d'emissió de vapor i electricitat, tant per plantes de cogeneració com per sistemes individuals. A partir d'aquesta avaluació s'han proposat nous mètodes alternatius als analitzats. Aquests mètodes i els factors d'emissions s'han aplicat a dues fàbriques papereres catalanes. / Pulp and paper sector is considered one of the seven industrial sectors with a higher energy intensive profile. Power and steam production and consumption are the main responsible for green house gas emissions of this industrial activity. Paper industries can achieve reductive emission targets by considering emissions origin (replacing fuels, aplying renewable energies) as well as improving energy efficiency of the process itself. An emission allocation tool has been developed with the purpose of approaching to each unit operation of the papermaking process its related emissions share. In addition, energy-emission factors regarding power and steam generation in combined heat and power plants and in single heat and power systems have been evaluated. Some new methods for calculating different emission factors have been proposed after the analysis. Two Catalan paper mills have been used as case-studies to apply, both allocation method and emission factors.