綠色紙業(yè)需要生物技術

以植物纖維為原料的制漿造紙工業(yè)是我國國民經(jīng)濟的重要基礎原材料工業(yè)，也是我國節(jié)能減排和污染治理的重點行業(yè)。以秦夢華教授為負責人的團隊歷經(jīng)十幾年的研究，聯(lián)合華泰集團有限公司、中國紙漿造紙研究院，以現(xiàn)代生物技術為手段，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)等關鍵技術方面取得突破和創(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鍵科學技術問題。獲得了多項原創(chuàng)性理論成果，創(chuàng)建了具有我國自主知識產(chǎn)權的造紙纖維生物酶解關鍵技術體系，先后獲得8項國家發(fā)明專利。2012年2月14日，在北京人民大會堂舉行的國家科學技術獎勵大會上，秦夢華教授領取了國家科學技術進步二等獎，也是該年度造紙行業(yè)唯一一個獲獎項目。

十余年研究初試牛刀

1996年，秦夢華在華南理工大學攻讀博士期間就開始了生物技術的研究，當時主要的研究項目是用脂肪酶來降解樹脂。1998年博士畢業(yè)后，秦夢華一邊在山東輕工業(yè)學院任教，一邊又到山東大學微生物技術國家重點實驗室繼續(xù)做博士后研究工作，進一步研究纖維素酶的酶法脫墨技術。

1999年秋天，秦夢華和山東大學微生物技術國家重點實驗室的研究人員，在山東諸城造紙廠開始了第一次工業(yè)生產(chǎn)的應用。首先利用固體發(fā)酵技術制備了適于廢新聞紙脫墨的纖維素酶制劑，經(jīng)過一個多月的工業(yè)生產(chǎn)試驗，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生產(chǎn)出合格的新聞紙。和化學法相比，新聞紙的白度和塵埃度等技術指標有了較大提高。

第一次生產(chǎn)應用激發(fā)了秦教授及其團隊的熱情和信心，回到學校后，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：太陽紙業(yè)原白板紙配套的100噸/天脫墨漿生產(chǎn)線）進行工業(yè)生產(chǎn)試驗�！斑@一次我們遇到了真正的難題，之前在實驗室里得出的最佳方案運用到生產(chǎn)中，結(jié)果卻大相徑庭。半個月的時間，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)定運行。脫墨漿的白度和塵埃度指標都優(yōu)于傳統(tǒng)的化學脫墨，而且大幅度降低了生產(chǎn)成本。

努力追趕國際先進水平

自上世紀80年代，國外的研究者就開始了造紙工業(yè)生物技術的研究。秦夢華教授始終緊跟國際研究的前沿，經(jīng)過十幾年的研究，終于獲得了多項原創(chuàng)性理論成果，創(chuàng)建了具有我國自主知識產(chǎn)權的造紙纖維生物酶解關鍵技術體系（見下圖）。

項目內(nèi)容主要包括：

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

（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和廢新聞紙中性脫墨技術，大幅度降低了脫墨廢水的污染負荷；

（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，進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)、陽電荷需要量和樹脂沉積的生物處理技術，優(yōu)化了造紙濕部化學體系；

（5）闡明了纖維素酶和漆酶對機械漿、化學漿纖維的改性機理，明確了纖維素酶、漆酶及微生物對纖維原料制漿前進行選擇性生物降解的機制，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和提高紙漿強度性能的生物處理技術。

該技術應用于生產(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%，同時紙漿強度有不同程度的提高；廢紙酶法脫墨過程中的碎漿能耗降低25%，同時紙漿白度和強度進一步提高；果膠酶處理可使?jié){水體系中陰離子雜質(zhì)的陽電荷需要量降低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)紙漿的強度和白度；酶法改性后，機械漿裂斷長提高8%——58%，硫酸鹽漿濕強度提高100%。以上性能指標，均達到國際先進水平。

綠色紙業(yè)需要生物技術

“十二五”期間，無論是環(huán)境保護規(guī)劃還是造紙行業(yè)規(guī)劃都對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)也成為每一個造紙行業(yè)工作者都需要思考的問題。

談及綠色紙業(yè)這一未來的發(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：“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都是綠色的、可降解的�，F(xiàn)在國家對造紙污染物的控制已經(jīng)重視起來，但是對制漿造紙過程所用添加劑的控制，還沒有重視，也沒有約束性的規(guī)定。這些化學品雖然用量不大，但有些化學品難于降解，因此這些化學品會對自然環(huán)境造成污染�！�

“綠色紙業(yè)需要生物技術！”秦夢華教授說，“生物技術是一種綠色技術，與傳統(tǒng)的工藝相比，生物技術的應用前景非常光明。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用空間，生物技術在造紙工業(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  需要重視理論研究

從2009年開始，造紙行業(yè)已經(jīng)連續(xù)三年有項目獲得國家科技進步二等獎，反映了造紙行業(yè)在科技創(chuàng)新上面的長足進步。秦教授認為，近十年來，我國在造紙領域科學研究的進步非�？�，水平也比較高，在某些方面的研究已經(jīng)處于國際領先水平。

秦教授說：“現(xiàn)在的應用研究越來越離不開基礎性的探索。僅靠一般的工藝研究就能為企業(yè)服務的日子已經(jīng)過去，而應該從源頭抓起，從理論研究做起，要耐得住基礎研究的寂寞和失敗。只有基礎研究搞清了，應用研究的水平才能提高，才能真正獲得我們原創(chuàng)性的技術。因此作為一個科技工作者來說，要兩條腿走路。既要立足生產(chǎn)實際，瞄準工業(yè)生產(chǎn)中存在的實際問題，從實際中找課題；又要從理論研究做起，真正闡明產(chǎn)生問題的原因所在，從而找出解決問題的思路和提出其實可行先進技術�！�

責任編輯：葛鴻燕