綠色紙業(yè)需要生物技術(shù)

以植物纖維為原料的制漿造紙工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)原材料工業(yè)，也是我國(guó)節(jié)能減排和污染治理的重點(diǎn)行業(yè)。以秦夢(mèng)華教授為負(fù)責(zé)人的團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)十幾年的研究，聯(lián)合華泰集團(tuán)有限公司、中國(guó)紙漿造紙研究院，以現(xiàn)代生物技術(shù)為手段，在降低打漿和磨漿能耗、廢紙的清潔化生產(chǎn)及提升紙漿的品質(zhì)等關(guān)鍵技術(shù)方面取得突破和創(chuàng)新，解決了制漿造紙工業(yè)中生物酶的選擇性降解這一關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問(wèn)題。獲得了多項(xiàng)原創(chuàng)性理論成果，創(chuàng)建了具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的造紙纖維生物酶解關(guān)鍵技術(shù)體系，先后獲得8項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利。2012年2月14日，在北京人民大會(huì)堂舉行的國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，秦夢(mèng)華教授領(lǐng)取了國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)，也是該年度造紙行業(yè)唯一一個(gè)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目。

十余年研究初試牛刀

1996年，秦夢(mèng)華在華南理工大學(xué)攻讀博士期間就開始了生物技術(shù)的研究，當(dāng)時(shí)主要的研究項(xiàng)目是用脂肪酶來(lái)降解樹脂。1998年博士畢業(yè)后，秦夢(mèng)華一邊在山東輕工業(yè)學(xué)院任教，一邊又到山東大學(xué)微生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)做博士后研究工作，進(jìn)一步研究纖維素酶的酶法脫墨技術(shù)。

1999年秋天，秦夢(mèng)華和山東大學(xué)微生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員，在山東諸城造紙廠開始了第一次工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用。首先利用固體發(fā)酵技術(shù)制備了適于廢新聞紙脫墨的纖維素酶制劑，經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的工業(yè)生產(chǎn)試驗(yàn)，在該企業(yè)的廢新聞紙脫墨生產(chǎn)線上采用酶法脫墨技術(shù)生產(chǎn)出合格的新聞紙。和化學(xué)法相比，新聞紙的白度和塵埃度等技術(shù)指標(biāo)有了較大提高。

第一次生產(chǎn)應(yīng)用激發(fā)了秦教授及其團(tuán)隊(duì)的熱情和信心，回到學(xué)校后，他們又做了大量的研究，在眾多的酶制劑中遴選出Novozymes公司的幾種酶制劑，在更大規(guī)模的辦公廢紙脫墨生產(chǎn)線上（編者注：太陽(yáng)紙業(yè)原白板紙配套的100噸/天脫墨漿生產(chǎn)線）進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)試驗(yàn)�！斑@一次我們遇到了真正的難題，之前在實(shí)驗(yàn)室里得出的最佳方案運(yùn)用到生產(chǎn)中，結(jié)果卻大相徑庭。半個(gè)月的時(shí)間，我們前后共調(diào)整試用了五種不同的酶制劑，終于得出了理想的效果并穩(wěn)定運(yùn)行。脫墨漿的白度和塵埃度指標(biāo)都優(yōu)于傳統(tǒng)的化學(xué)脫墨，而且大幅度降低了生產(chǎn)成本。

努力追趕國(guó)際先進(jìn)水平

自上世紀(jì)80年代，國(guó)外的研究者就開始了造紙工業(yè)生物技術(shù)的研究。秦夢(mèng)華教授始終緊跟國(guó)際研究的前沿，經(jīng)過(guò)十幾年的研究，終于獲得了多項(xiàng)原創(chuàng)性理論成果，創(chuàng)建了具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的造紙纖維生物酶解關(guān)鍵技術(shù)體系（見下圖）。

項(xiàng)目?jī)?nèi)容主要包括：

（1）提出了纖維素酶對(duì)化學(xué)漿的酶促打漿機(jī)制，研發(fā)了一種能夠選擇性降解的酶促打漿技術(shù)，即在大幅度降低能耗的同時(shí)，提高紙漿的強(qiáng)度；

（2）揭示了脫墨條件下纖維選擇性酶解的途徑，合成了高效中性脫墨劑，開發(fā)了一種辦公廢紙酶法脫墨技術(shù)和廢新聞紙中性脫墨技術(shù)，大幅度降低了脫墨廢水的污染負(fù)荷；

（3）提出了廢新聞紙漆酶-介體脫墨理論，發(fā)現(xiàn)了漆酶和纖維素酶在脫墨過(guò)程中的協(xié)同作用，發(fā)明了一種能夠選擇性降解的漆酶-介體和漆酶-纖維素酶廢新聞紙脫墨技術(shù)，進(jìn)一步提高了脫墨漿的質(zhì)量；

（4）構(gòu)建了樹脂在漿水體系中的雙層結(jié)構(gòu)模型，研發(fā)了一種能夠有效降低陰離子雜質(zhì)、陽(yáng)電荷需要量和樹脂沉積的生物處理技術(shù)，優(yōu)化了造紙濕部化學(xué)體系；

（5）闡明了纖維素酶和漆酶對(duì)機(jī)械漿、化學(xué)漿纖維的改性機(jī)理，明確了纖維素酶、漆酶及微生物對(duì)纖維原料制漿前進(jìn)行選擇性生物降解的機(jī)制，研發(fā)了一種降低磨漿能耗的纖維原料制漿前選擇性降解技術(shù)和提高紙漿強(qiáng)度性能的生物處理技術(shù)。

該技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)后，可使針葉木漿的打漿能耗降低10%——30%，闊葉木漿能耗降低35%——45%，草漿能耗降低40%——55%，同時(shí)紙漿強(qiáng)度有不同程度的提高；廢紙酶法脫墨過(guò)程中的碎漿能耗降低25%，同時(shí)紙漿白度和強(qiáng)度進(jìn)一步提高；果膠酶處理可使?jié){水體系中陰離子雜質(zhì)的陽(yáng)電荷需要量降低30%——60%，樹脂沉積量減少10%——55%，留著率提高10%——80%；利用纖維素酶、漆酶或菌種處理植物纖維原料，可以節(jié)約磨漿能耗30%——40%，且大幅度提高后續(xù)紙漿的強(qiáng)度和白度；酶法改性后，機(jī)械漿裂斷長(zhǎng)提高8%——58%，硫酸鹽漿濕強(qiáng)度提高100%。以上性能指標(biāo)，均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

綠色紙業(yè)需要生物技術(shù)

“十二五”期間，無(wú)論是環(huán)境保護(hù)規(guī)劃還是造紙行業(yè)規(guī)劃都對(duì)減少污染做出了明確的要求，如何在環(huán)境容量允許的情況下繼續(xù)發(fā)展造紙行業(yè)也成為每一個(gè)造紙行業(yè)工作者都需要思考的問(wèn)題。

談及綠色紙業(yè)這一未來(lái)的發(fā)展方向，秦教授表示了肯定，并結(jié)合自身的研究成果提出了自己的觀點(diǎn)：“綠色紙業(yè)，要保證從源頭到成品，包括中間所有的添加劑應(yīng)都是綠色的、可降解的�，F(xiàn)在國(guó)家對(duì)造紙污染物的控制已經(jīng)重視起來(lái)，但是對(duì)制漿造紙過(guò)程所用添加劑的控制，還沒有重視，也沒有約束性的規(guī)定。這些化學(xué)品雖然用量不大，但有些化學(xué)品難于降解，因此這些化學(xué)品會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成污染�！�

“綠色紙業(yè)需要生物技術(shù)！”秦夢(mèng)華教授說(shuō)，“生物技術(shù)是一種綠色技術(shù)，與傳統(tǒng)的工藝相比，生物技術(shù)的應(yīng)用前景非常光明。在酶法打漿、酶法脫墨、樹脂生物控制、纖維的酶法改性和生物漂白等方面有較大的應(yīng)用空間，生物技術(shù)在造紙工業(yè)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展方面必將發(fā)揮更大的作用�！�

為企業(yè)服務(wù)  需要重視理論研究

從2009年開始，造紙行業(yè)已經(jīng)連續(xù)三年有項(xiàng)目獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，反映了造紙行業(yè)在科技創(chuàng)新上面的長(zhǎng)足進(jìn)步。秦教授認(rèn)為，近十年來(lái)，我國(guó)在造紙領(lǐng)域科學(xué)研究的進(jìn)步非�？欤�水平也比較高，在某些方面的研究已經(jīng)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

秦教授說(shuō)：“現(xiàn)在的應(yīng)用研究越來(lái)越離不開基礎(chǔ)性的探索。僅靠一般的工藝研究就能為企業(yè)服務(wù)的日子已經(jīng)過(guò)去，而應(yīng)該從源頭抓起，從理論研究做起，要耐得住基礎(chǔ)研究的寂寞和失敗。只有基礎(chǔ)研究搞清了，應(yīng)用研究的水平才能提高，才能真正獲得我們?cè)瓌?chuàng)性的技術(shù)。因此作為一個(gè)科技工作者來(lái)說(shuō)，要兩條腿走路。既要立足生產(chǎn)實(shí)際，瞄準(zhǔn)工業(yè)生產(chǎn)中存在的實(shí)際問(wèn)題，從實(shí)際中找課題；又要從理論研究做起，真正闡明產(chǎn)生問(wèn)題的原因所在，從而找出解決問(wèn)題的思路和提出其實(shí)可行先進(jìn)技術(shù)。”

責(zé)任編輯：葛鴻燕