不“紙”那么簡單！華工這個實驗室超乎你想象

實驗室大門。造紙術(shù)，是中國人引以為傲的古代四大發(fā)明之一。可惜，多年前，在人們心目中，造紙行業(yè)卻總是與污染聯(lián)系在一起。幸運的是，如今，中國造紙行業(yè)已經(jīng)摘掉了“污染大戶”的黑帽。這背后，是華南理工大學制漿造紙工程國家重點實驗室陳克復院士團隊十年如一日的奮斗。

近日，記者走進該實驗室時獲悉，在科學家們的努力下，如今造紙不僅變得綠色環(huán)保，紙也早已突破印刷、生活、包裝等傳統(tǒng)用途，該實驗室發(fā)明的高科技含量的“紙”已用于制造飛機、高鐵的部件，令人對“紙”刮目相看。

曾經(jīng)造紙業(yè)的污染高居榜首

紙是中國勞動人民長期經(jīng)驗的積累和智慧的結(jié)晶。我國漢代就發(fā)明了以植物纖維為原料的紙張，迄今已經(jīng)近二千年，為世界文化的交流和文明的發(fā)展做出了偉大貢獻。

造紙行業(yè)也是我國重要的基礎(chǔ)原材料產(chǎn)業(yè)，2011年，造紙業(yè)年產(chǎn)量約1億噸，占全球總產(chǎn)量的四分之一，居世界第一。但是當年，造紙業(yè)帶來的水污染問題卻十分嚴重。

陳克復院士回憶，2011年，造紙業(yè)廢水和COD排放量分別占全國工業(yè)排放總量的1/5和1/4，高居榜首。當年，國家連續(xù)四次發(fā)文，明確提出專項整治造紙等重點排污行業(yè)。

“一年內(nèi)針對造紙等排污行業(yè)連發(fā)四次文，這是前所未有的。污染太厲害了，必須趕快解決這個問題�！标惪藦驼f，2011年，國家有關(guān)部委要求他們盡快攻克造紙業(yè)的污染難題。

陳克復說：“我的導師生前曾對我說，中國造紙業(yè)的問題一個是污染，一個是設備落后，這兩個問題他一輩子都解決不了，希望我這一輩子來解決。”。

接受重任后，陳克復和團隊開始了十年如一日的科技攻關(guān)�！斑@期間，國家給了團隊很大的支持，我們團隊的許多人也以廠為家�！�

十年攻關(guān)摘掉造紙業(yè)“污染大戶”帽子

經(jīng)過近十年的潛心研究，陳克復和產(chǎn)學研結(jié)合科技團隊成功研發(fā)了覆蓋制漿造紙所有工藝過程的清潔生產(chǎn)與水污染控制10項關(guān)鍵技術(shù)及11項支撐技術(shù)，形成5套集成技術(shù)，并在現(xiàn)代化大型生產(chǎn)線實施產(chǎn)業(yè)化及推廣應用，構(gòu)建了造紙業(yè)水污染全過程控制新模式。

其中，針對廢紙制漿堿性脫墨污染負荷重的難題，他們創(chuàng)新研發(fā)了廢紙制漿近中性脫墨技術(shù)和造紙廢水梯級循環(huán)回用技術(shù)，實現(xiàn)廢紙制漿水重復利用率大于95%，造紙水重復利用率大于90%，節(jié)約了新鮮水的用量，大幅減少廢水排放。

科技團隊研發(fā)的制漿造紙清潔生產(chǎn)與水污染全過程控制技術(shù)已在全國十多家大中型造紙企業(yè)的制漿造紙生產(chǎn)線上及末端廢水處理中應用。如今，該技術(shù)已推廣應用到廣東、廣西、河南、河北、安徽等地的制漿造紙企業(yè)。

采用陳克復院士科技團隊新技術(shù)的造紙企業(yè)，其清潔生產(chǎn)技術(shù)已達國際領(lǐng)先水平，單位產(chǎn)量廢水和COD排放指標遠優(yōu)于歐盟標準。陳克復說：“有一家大型造紙企業(yè)的末端廢水處理站的排水口區(qū)域建成了濕地公園，成為當?shù)匾痪�，很多人在那里拍婚紗照，前去考察的專家感到非常震撼�！?/p>

就這樣，中國造紙業(yè)“污染大戶”的帽子被陳克復通過產(chǎn)學研結(jié)合所建立的科技團隊摘掉了。他們的新技術(shù)更為應用企業(yè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟及環(huán)境效益，為造紙行業(yè)新舊動能轉(zhuǎn)換和綠色制造提供了示范。華南理工大學也以第一完成單位榮獲2019年度國家科技進步獎一等獎。

新技術(shù)對大灣區(qū)環(huán)境保駕護航

作為地處大灣區(qū)的國家重點實驗室，制漿造紙工程國家重點實驗室的成果也從多方面惠及大灣區(qū)。

陳克復說，粵港澳大灣區(qū)2020年紙和紙板產(chǎn)量達1900多萬噸，占全國15%左右，廣東省的產(chǎn)量則多達2400多萬噸，全國第一。實驗室的科研工作者都會向這些紙廠提供技術(shù)支持，歷年為紙廠培訓技術(shù)人員。

自2021年起，我國全面禁止固體廢物進口，造紙行業(yè)將面臨巨大的纖維原料缺口。廣東作為我國造紙第一大省，在廢紙零進口的新形勢下，更需要加快轉(zhuǎn)型升級，積極布局和提升新型綠色造紙，服務大灣區(qū)建設。

在這個過程中，陳克復院士團隊的技術(shù)持續(xù)為大灣區(qū)的環(huán)境“保駕護航”。

陳克復院士說，以往許多制漿造紙大廠依靠進口廢紙，現(xiàn)在國家規(guī)定禁止進口廢紙后，許多大紙廠選擇到廣西建立制漿造紙基地。

廣西在西江上游，這些新建制漿造紙基地與地處下游的廣東息息相關(guān)。對此，陳克復說，早在2018年，他們團隊的技術(shù)就已被環(huán)保部納入《制漿造紙過程污染控制可行技術(shù)指南》，并在全行業(yè)進行推廣，在廣西新建的這些造制漿紙基地，都采用了這個技術(shù)指南，對環(huán)境是非常友好的。

陳克復說，隨著國內(nèi)紙廠在海外投資建廠，他們的技術(shù)也走出了國門，走向了老撾、柬埔寨、哈薩克斯坦、白俄羅斯等國。

“紙”也能成為飛機、高鐵上的部件

如果說解決造紙行業(yè)污染，還屬于傳統(tǒng)造紙行業(yè)領(lǐng)域的問題，那么實驗室的一些研究觸角，則已伸向了傳統(tǒng)造紙行業(yè)之外。

在華南理工大學制漿造紙工程國家重點實驗室的一樓大廳內(nèi)，有幾張桌子和幾個凳子，乍看上去，與其他桌凳區(qū)別不大，可定睛一瞧，它們都是由“紙”做成的。記者小心翼翼坐上一只凳子，實驗室的老師見狀卻笑了：“放心！200斤的人坐上去都沒問題！”

實驗室教授、博導陳港說，如今，造紙不僅變得綠色環(huán)保，紙的用途也早已突破印刷、生活、包裝等傳統(tǒng)用途。

據(jù)了解，實驗室已經(jīng)研發(fā)了一種高科技含量的“紙”，這種紙可以成為飛機、高鐵上面的部件，比如飛機的機翼、行李架、餐車，高鐵的頂板、地板、行李架等。因為這種“紙”不僅輕巧，而且它蜂窩狀的結(jié)構(gòu)，還具有剛性強、阻燃、隔音的特點。

據(jù)介紹，這種高科技含量的“紙”也叫芳綸紙，屬于高性能紙基復合材料，是國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)重大工程的關(guān)鍵材料，過去曾長期依賴進口。

針對高性能紙基復合材料“卡脖子”技術(shù)，實驗室團隊在傳統(tǒng)植物纖維打漿設備的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新發(fā)展了高性能纖維打漿理論，突破了特種纖維造紙瓶頸，成功研制了芳綸紙、油水分離材料、吸波透波材料、高性能膜材料、導電紙基材料和碳纖維紙等系列高性能紙基復合材料，為替代進口同類材料發(fā)揮重要作用。

目前，實驗室研發(fā)的芳綸紙相關(guān)技術(shù)作價6684萬，以技術(shù)入股的方式與中國中車時代新材共同設立合資公司，建設5000噸/年國際領(lǐng)先的高性能紙基復合材料生產(chǎn)線，年產(chǎn)值10億。該項目的主要成果也曾獲得2019年教育部科技進步獎一等獎。

造紙副產(chǎn)品變身為防曬劑

芳綸紙的名字中，還有一個“紙”字，但實驗室研發(fā)的另外一種東西，則跟高端化妝品扯上了關(guān)系。

據(jù)介紹，過去用植物造紙時，“有用”的成分是纖維素，而“沒用”的一種東西叫“木質(zhì)素”。木質(zhì)素是植物生物質(zhì)的組分之一，是造紙工業(yè)的副產(chǎn)物，傳統(tǒng)利用木質(zhì)素的方式，是送往堿回收爐作為原料燃燒，附加值較低。

實驗室的科學家們，通過調(diào)控木質(zhì)素的分子結(jié)構(gòu)，對其進行功能化改性，發(fā)明了木質(zhì)素羧甲基化、羥丙基磺化、雙官能團醚化縮合等改性新技術(shù)，在國際上首次將木質(zhì)素開發(fā)成廣譜長效防曬劑，并應用于高端日化領(lǐng)域。這大大開拓了木質(zhì)素的高值化利用新途徑。

這些研究的相關(guān)成果獲得了中國發(fā)明專利授權(quán)30件，發(fā)表SCI/EI收錄論文103篇，通過省部級成果鑒定1項。關(guān)鍵技術(shù)在多家高新技術(shù)企業(yè)推廣應用，近三年累計生產(chǎn)改性木質(zhì)素新增銷售額12.9億，新增利潤2.6億。

研發(fā)生物質(zhì)塑料替代一次性塑料

今年旦起，隨著“最嚴限塑令”的實行，許多奶茶店的塑料吸管都變成了紙吸管。

目前，制漿造紙工程國家重點實驗室的科學家們也在為“減塑”而努力。

實驗室教授王小慧說，造紙行業(yè)是主要生物質(zhì)能源的生產(chǎn)和利用行業(yè)之一。植物生物質(zhì)本身具有多組分共存、結(jié)構(gòu)復雜、難溶解、難加工的特點，因此目前生物質(zhì)基材料在性能和成本上與傳統(tǒng)石油基材料相比尚不具有競爭優(yōu)勢。實驗室發(fā)展了系列生物質(zhì)分子均相改性的新方法，實現(xiàn)生物質(zhì)分子氫鍵的解離與重構(gòu)，以及衍生物聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的調(diào)控，建立生物質(zhì)材料的構(gòu)效關(guān)系。從天然木材原料出發(fā)，利用動態(tài)共價化學原理，結(jié)合熱壓工藝構(gòu)建出輕質(zhì)高強、綠色的生物質(zhì)塑料。

何為生物質(zhì)塑料？王小慧解釋說，日常生活中大家用到的塑料都是從石油加工而來的，但石油是不可再生資源，使用塑料是不可持續(xù)的，對環(huán)境也會造成污染。“我們用樹枝、樹葉、秸稈等為原料，通過對這些原料‘改性’，對它們的分子進行設計，讓這些原料的纖維能夠像塑料一樣進行熱加工，使其成為各種形狀，做成各種產(chǎn)品，這就叫生物質(zhì)塑料�！�

王小慧展望，這種生物質(zhì)塑料是防水的，也可以100%閉環(huán)回收，循環(huán)利用。她說，未來這種生物質(zhì)塑料可以在很多方面替代一次性塑料。

【實驗室名片】

制漿造紙工程國家重點實驗室依托華南理工大學建設，于1989年6月經(jīng)原國家計委批準立項，1996年建成開放，是我國輕工領(lǐng)域唯一的國家重點實驗室。

自建設以來，實驗室在我國制漿造紙領(lǐng)域承擔50%以上的國家級科研任務、培養(yǎng)了70%以上的博士和博士后，是所有主干課程必修教材的主編單位，在全球造紙科技創(chuàng)新競爭力排行榜中穩(wěn)居前三，現(xiàn)已成為我國制漿造紙領(lǐng)域科學研究和人才培養(yǎng)的重要基地及國際學術(shù)交流中心。