《中國造紙》2018年度“誠銘化工杯”優(yōu)秀論文部分獲獎作者專訪

編者按

2019年1月l6日，《中國造紙> 2018年度“誠銘化工杯”優(yōu)秀論文評選活動落下帷幕。經(jīng)過嚴(yán)格的初評、復(fù)評及專家終評會終評后，最終評選出優(yōu)秀論文15篇，其中一等獎1篇、二等獎2篇、三等獎5篇、優(yōu)秀獎7篇。獲獎優(yōu)秀論文代表了我國造紙工業(yè)相應(yīng)領(lǐng)域的技術(shù)水平和發(fā)展方向，為該領(lǐng)域技術(shù)進一步發(fā)展提供了借鑒和參考。本刊特別對《中國造紙》2018年度“誠銘化工杯”優(yōu)秀論文一等獎和二等獎的部分獲獎作者進行了專訪，以期與讀者共同分享作者的研究成果。

一等獎

題目：纖維素酶和聚木糖酶處理改善溶解漿性能的研究

作者：田超 石瑜 翟丙彥 喬軍 應(yīng)廣東

單位：山東太陽紙業(yè)股份有限公司

中國制漿造紙研究院有限公司

獲獎?wù)咝穆?/p>

非常感謝《中國造紙》2018年度優(yōu)秀論文評選專家對“纖維素酶和聚木糖酶處理改善溶解漿性能的研究”一文的認(rèn)可。這項研究開始于師從倪永浩教授攻讀博士學(xué)位期間，是來源于國外溶解漿企業(yè)需求的課題，后續(xù)又在中國制漿造紙研究院有限公司進行拓展研究，并向國內(nèi)企業(yè)推介。研究的著眼點在于通過酶處理達到纖維素純化和活化的目的，既可用于溶解漿的質(zhì)量提升，也可為“紙改漿”提供一條新的技術(shù)路徑。衷心希望這項研究和相關(guān)論文能夠為溶解漿和再生纖維素纖維兩個領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)提供點滴借鑒和支持。

近年來，隨著黏膠纖維等溶解漿下游行業(yè)的迅速發(fā)展，我國溶解漿消耗量快速增加。在溶解漿無法滿足需求的情況下，部分企業(yè)將造紙漿經(jīng)加工處理后改性為溶解漿（以下簡稱紙改漿）。但受制于反應(yīng)性能不佳的問題，大部分紙改漿只能部分替代溶解漿應(yīng)用于黏膠纖維的生產(chǎn)。因此，采用各種手段提高溶解漿反應(yīng)性能就十分重要，其中，通過酶處理使纖維素純化和活化，從而改善溶解漿的品質(zhì)，也可為紙改漿提供一條新的技術(shù)路徑。獲獎?wù)撐牡难芯拷Y(jié)果表明，纖維素酶處理可以將紙改漿的Fock反應(yīng)性能從13.50%提高到49.75%。

《造紙信息》：首先恭喜您撰寫的文章獲得《中國造紙》2018年度“誠銘化工杯”優(yōu)秀論文一等獎！也非常感謝您接受我們的采訪！您的獲獎文章《纖維素酶和聚木糖酶處理對改善溶解漿性能的影響》，這個課題在我們行業(yè)里也頗為新穎，請介紹一下，當(dāng)時設(shè)計這一科研課題時的研究背景是怎樣的？提出這一課題的主要目的是什么？

田超：關(guān)于這篇論文所涉及的課題的提出，要非常感謝我的博導(dǎo)倪永浩老師。這個課題最初源自倪永浩老師團隊的一個企業(yè)合作項目，目的是改善溶解漿的反應(yīng)性能，我讀博期間在這個項目的基礎(chǔ)上圍繞提升溶解漿質(zhì)量，主要是提升纖維素純度和反應(yīng)性能兩個方面，做了相對系統(tǒng)的擴大研究，包括溶解漿反應(yīng)性能的表征方法、改善溶解漿反應(yīng)性能的方法和機理、冷/熱堿抽提提高纖維素純度等內(nèi)容。博士畢業(yè)后回到中國制漿造紙研究院有限公司繼續(xù)工作期間，又繼續(xù)沿著這個方向開展了后續(xù)研究，包括如何結(jié)合冷/熱堿抽提和酶處理來實現(xiàn)紙改漿，以及紙改漿的廢液綜合利用、酶的選用等內(nèi)容，目的是讓這些研究更加貼近生產(chǎn)實際。這篇論文所介紹的主要是用酶處理來改善溶解漿反應(yīng)性能的部分，此外還有關(guān)于機械和物理處理方法的研究在其他論文中發(fā)表。當(dāng)然，從實際應(yīng)用角度來講，經(jīng)過研究比較之后，認(rèn)為酶處理可能是更為簡便、高效的方法。

我倒沒有覺得這個課題如何高大上，在我看來它只是一個針對小眾漿種的具體問題的應(yīng)用研究，目前沒有涉及太深入的機理研究。當(dāng)然這并不意味著我看低這項研究的意義，重大技術(shù)革新與點點滴滴的技術(shù)改進對產(chǎn)業(yè)發(fā)展來說都很重要，我很期望這項小而專的研究能夠在溶解漿生產(chǎn)中發(fā)揮一點兒作用。并且，這個課題雖然入口比較窄，但接下來可以做得很寬、很深入，影響面也可以擴大，后面我會解釋原因。

《造紙信息》：在造紙行業(yè)里，改善溶解漿性能方面的實驗課題涉及較少，請簡單介紹一下實驗的主要內(nèi)容和研究心得。實驗中提到的對闊葉木溶解漿性能的改善，可以使原有性能有多大幅度的提升？這一提升會對下游用戶的使用產(chǎn)生什么影響？

田超：正如前面所提到的，可能是因為溶解漿比較小眾，且其下游是紡織行業(yè)，完全脫離了我們熟知的造紙行業(yè)，很多關(guān)于溶解漿性能的深層要求并沒有像制漿和造紙這樣通暢、深入地反映出來，所以制漿造紙行業(yè)中相關(guān)研究相對較少。

這個課題的主要內(nèi)容還是比較容易理解的。首先，厘清了什么是溶解漿的反應(yīng)性能，及其主要影響因素。簡單來說，在黏膠纖維生產(chǎn)中，反應(yīng)性能是特指與二硫化碳發(fā)生黃化反應(yīng)的能力，其主要決定因素是纖維素的可及度。提高溶解漿反應(yīng)性能的方法有很多，但每種方法在應(yīng)用時都存在一些難度，有可能引起溶解漿的多個指標(biāo)之間的聯(lián)動反應(yīng)。例如，降低聚合度在提高反應(yīng)性能的同時，可能引起甲纖含量的顯著降低，而黏纖廠對聚合度也有下限要求，諸如此類，此外還要考慮經(jīng)濟上的可行性。

如果以Fock測試來衡量的話，市場上的預(yù)水解硫酸鹽溶解漿的反應(yīng)性能普遍在50%左右，酸法漿普遍在80%以上。目前在研究中取得的最好效果是把闊葉木預(yù)水解硫酸鹽溶解漿的Fock反應(yīng)性能從45%提高至接近90%，也就是達到酸法漿的水平。當(dāng)然這并不具有典型的應(yīng)用意義，因為還需要考慮應(yīng)用場景和成本要求，但探索出了技術(shù)上的可能性。反應(yīng)性能改善對下游用戶——也就是黏纖生產(chǎn)的影響是，可以提高漿粕的溶解程度、提高原料利用率，減少有毒溶劑二硫化碳的使用量，提高成絲質(zhì)量和生產(chǎn)效率，優(yōu)點是顯而易見的。正因為如此，雖然在溶解漿國標(biāo)中并沒有規(guī)定反應(yīng)性能的標(biāo)準(zhǔn)，但實際上在黏纖廠和溶解漿廠反應(yīng)性能都是必測、必報的核心指標(biāo)。

《造紙信息》：我們知道，由于國內(nèi)的溶解漿需求和供應(yīng)之間有比較大的缺口，在一些比較特殊的價格或者供求關(guān)系條件下，會催生紙改漿這樣的做法，據(jù)了解主要采用的是堿抽提的方法，這篇文章里也涉及到這方面的內(nèi)容。請您介紹一下，這類紙改漿與直接生產(chǎn)的溶解漿相比有哪些優(yōu)缺點？這篇文章主要介紹的酶處理跟紙改漿有什么特定的關(guān)聯(lián)性？以堿抽提為基礎(chǔ)的紙改漿工藝是否有進一步擴大應(yīng)用的可能性，主要難點在哪里？

田超：首先要再提及一下紙改漿所基于的技術(shù)原理。在一些纖維素化學(xué)的權(quán)威著作中提到，高濃冷堿液抽提是從紙漿中去除五碳糖類半纖維素的最高效的方法，因為高濃低溫堿液可以使纖維素大幅潤脹，短鏈糖類可以有效溶出，并且這個過程幾乎可以認(rèn)為是純物理過程，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)很少;對含有比較多六碳糖類半纖維素的紙漿，當(dāng)然就是指針葉木漿，則可能還需要熱堿抽提來去除這類半纖維素。而化學(xué)紙漿和溶解漿的主要差別就在于半纖維素含量，所以堿抽提就自然成為紙改漿的首選途徑。基于這個原理，特別是在冷堿抽提條件下，短鏈糖類大量溶出，漿粕可以很容易達到比較高的甲纖含量，平均聚合度也會有所提高，但是同時，纖維素經(jīng)過強堿條件下的顯著潤脹之后，第一會發(fā)生晶型的變化，至少會有一部分由I型轉(zhuǎn)變?yōu)榉磻?yīng)性能更差的II型纖維素，第二再次干燥時由于“雜質(zhì)”的流失會形成更加緊密的氫鍵結(jié)合，也就是常說的角質(zhì)化。所以紙改漿的一個重要特點就是纖維素可以更純，但被顯著“鈍化”，反應(yīng)性能變差。因此，這篇文章里介紹了用酶處理來重新“活化”堿抽提之后的漿粕。

紙改漿目前處于一種存在但非主流的狀態(tài)。單從理論上來講，紙改漿為溶解漿生產(chǎn)提供了一種新的選擇，在溶解漿需求缺口明顯的情況下應(yīng)該是受歡迎的;對傳統(tǒng)的化學(xué)紙漿生產(chǎn)者來說，也意味著可以通過紙改漿實現(xiàn)產(chǎn)品線的延伸，而不必建設(shè)專門的溶解漿生產(chǎn)線。但是既然沒有大規(guī)模發(fā)展起來，說明這個技術(shù)路線還存在一些問題。我個人的看法是，還沒有解決技術(shù)手段和成本之間的平衡。高濃堿液抽提、酶處理，這些處理都需要增加成本，溶解漿和化學(xué)紙漿之間的差價能否覆蓋這些成本起著決定性作用，差價很高的時候堿液不回收都可以接受，但差價低的時候就不行，另外還有廢液處理的問題，回收要有回收的方法、并且也存在經(jīng)濟性的問題，不回收時廢液也要有相應(yīng)的去處。恰恰是這些附屬問題沒有妥善地解決，成為紙改漿的發(fā)展障礙，由紙漿到溶解漿并沒有太大的技術(shù)難度。所以在紙改漿方向，目前我和同事們把重點放在了堿抽提廢液的回收利用方面，比如結(jié)合制漿生產(chǎn)直接回用堿抽提廢液是一條路線，把抽提廢液的堿和抽出物分離回用是另一條路線。

《造紙信息》：科研的終極目的就是應(yīng)用到實踐中轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。請介紹一下，酶處理改善溶解漿性能這一課題，目前是否已經(jīng)有實踐中的應(yīng)用。在成果轉(zhuǎn)化方面，這類課題整體處于什么階段？您負責(zé)的這項研究，處于什么階段？如果將成果轉(zhuǎn)化設(shè)定為目標(biāo)的話，還有多長的路要走？

田超：是的，這個課題從形成之初到目前的研究目標(biāo)都是指向應(yīng)用?？梢哉f，這個技術(shù)本身已經(jīng)比較成熟了，隨時可以投入生產(chǎn)應(yīng)用，只要根據(jù)溶解漿產(chǎn)品要求調(diào)整好酶的構(gòu)成和使用條件，在生產(chǎn)線上實施起來并不困難，不需要大的改造和硬件投入。據(jù)我所知，用酶處理來改善反應(yīng)性能的做法，國外的溶解漿企業(yè)已經(jīng)投入了實際應(yīng)用。我也在跟國內(nèi)一些溶解漿企業(yè)介紹這項技術(shù)，希望能夠盡快實現(xiàn)應(yīng)用。當(dāng)然，這項技術(shù)在國內(nèi)推廣并不容易，不是技術(shù)的問題，而是成本的原因。酶處理本身需要增加的成本并不高，在國外的時候做過測算，通常情況下在3～4美元/t漿，但是由于國外企業(yè)有明顯的原料成本優(yōu)勢，所以應(yīng)用相對容易，而國內(nèi)的價格競爭壓力比較大，有難度是可以理解的。

《造紙信息》：酶處理改善溶解漿性能這一領(lǐng)域的研究，國外的研究現(xiàn)狀是什么？與國外相比，我們的研究是否有差距。

田超：坦率地說，在研究這個層面，我們跟國外并沒有太大的差距，更多的是“差異”，比如創(chuàng)新理念上的差異。國外的企業(yè)比較看重技術(shù)上的領(lǐng)先優(yōu)勢，即便產(chǎn)品質(zhì)量合格，也不斷追求質(zhì)量改進，不斷提出新的創(chuàng)新需求。所以總給人一種感覺，國外的研究比我們領(lǐng)先一步，實際上還是需求導(dǎo)向的差異，要看研究是解決存量問題還是引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展。

《造紙信息》：您對獲獎?wù)撐恼n題中的現(xiàn)有成果是否滿意，還存在哪些不足之處？下一步的研究方向怎樣？

田超：說實話我并不是很滿意，或者說還有很多工作沒有完成。從幾個方面來說：第一，由于對酶本身的特性研究還不夠，采取的是“拿來主義”，同樣都是內(nèi)切葡萄糖酶（或以內(nèi)切葡萄糖酶為主）、用量相當(dāng)，處理之后效果差異很大，說明可能還要深入探究酶產(chǎn)品的差異，比如活化效果是否與產(chǎn)酶的菌種、內(nèi)切葡萄糖酶之外的其他組分相關(guān)等;第二，對機理的研究還不夠，例如聚合度、半纖維素含量、孔隙結(jié)構(gòu)、結(jié)晶結(jié)構(gòu)這些表觀性能與反應(yīng)性能的定性關(guān)系是確定的，但各自的影響權(quán)重還未能完全掌握，這涉及到應(yīng)用過程中應(yīng)該首先調(diào)控哪些參數(shù)、調(diào)控的限度;第三，目前的研究主要基于黏膠工藝，實際上纖維素的溶解方法正在不斷發(fā)展，纖維素的反應(yīng)性能和可及度本身就是一個更為寬泛的概念，目前的研究結(jié)論、效果在其他溶解漿體系中的效果如何，我和同事們已經(jīng)開始了一些在NMMO-水溶解體系中的類似研究，還有很多工作要做。此外，纖維素作為一種天然高分子材料，將來作為基礎(chǔ)原料獲得更廣泛應(yīng)用的可能性正在增加。因此無論在黏膠工藝還是NMMO-水溶解體系下的反應(yīng)性能、可及度研究，都會給將來更好、更廣泛地利用化學(xué)紙漿、溶解漿粕這些纖維素原料提供理論和技術(shù)參考，所以我覺得這個課題還是很有意義的，也就是我認(rèn)為這個課題可以更寬、更深入、影響面更大的原因，所以研究肯定會繼續(xù)進行下去。

二等獎

題目：原纖化過程對紙基空氣濾材結(jié)構(gòu)和性能的影響

作者：張美云 馬珊珊 楊斌 宋順喜 魯鵬 蘇治平

單位：陜西科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院

中國輕工業(yè)紙基功能材料重點實驗室

輕化工程國家級實驗教學(xué)示范中心

廣西清潔化制漿造紙與污染控制重點實驗室

東華大學(xué)纖維材料改性國家重點實驗室

華南理工大學(xué)制漿造紙工程國家重點實驗室

獲獎?wù)咝穆?/p>

非常榮幸我們的研究論文“原纖化過程對紙基空氣濾材結(jié)構(gòu)和性能的影響”獲評《中國造紙》2018年度優(yōu)秀論文二等獎！近年來霧霾已經(jīng)成為全球焦點問題，尤其是中國北京、河北、西安等地的居民更是深受其害。而傳統(tǒng)的空氣過濾材料常采用無法自然降解的石油基衍生物，其廢棄濾材常會給生態(tài)環(huán)境帶來二次的污染負擔(dān)。因此，我們團隊采用生物可降解的植物纖維為原材料，并利用典型的造紙技術(shù)一一原纖化對其進行預(yù)處理，從而制備出可以攔截和吸附一定量Pm.5顆粒物的柔性紙基空氣濾材。各位評審專家對我們研究工作的肯定給予了我們進一步在紙基空氣過濾材料領(lǐng)域研究探索的動力。我們將一如既往地關(guān)注空氣污染問題，把制備綠色、輕質(zhì)、抗菌的功能型柔性紙基空氣過濾材料作為下一個努力目標(biāo)，不斷前進。最后衷心祝愿《中國造紙》雜志在新的一年里越辦越好，成為造紙及相關(guān)領(lǐng)域新技術(shù)和新知識的交流平臺，推動行業(yè)不斷進步與發(fā)展！

獲獎?wù)撐难芯恳c：植物纖維作為一種廣泛存在于大自然中的可再生生物質(zhì)資源，來源廣泛、價格低廉，因此以植物纖維為原料取代合成聚合物制備空氣濾材具有很大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用價值。獲獎?wù)撐闹校謩e采用不同磨漿轉(zhuǎn)數(shù)對木漿纖維進行不同程度的原纖化處理，利用冷凍干燥法脫除凝固相冰晶，同時盡可能地保留纖維分絲帚化的表觀形貌，制備出可生物降解的紙基空氣濾材。研究了不同程度原料化處理對紙基空氣濾材結(jié)構(gòu)和性能的影響，并探究了原纖化處理對紙基空氣濾材的性能影響機理。

《造紙信息》：首先祝賀您的論文在《中國造紙》2018年度“誠銘化工”優(yōu)秀論文評選中榮獲二等獎。我們注意到，論文項目是國家自然科學(xué)基金項目等多個基金項目的一部分，請介紹一下當(dāng)時提出這一課題的研究背景是什么？項目主要內(nèi)容及目的是什么？

張美云：近年來由于人類活動的不斷加劇，如工業(yè)化和城市化進程的加快、煤炭能源的大量消耗，以及機動車數(shù)量的激增所引發(fā)的大氣中細小顆粒物（PM）的污染問題，尤其是空氣動學(xué)力直徑小于2.5μm的細小顆粒（Pm.5），已經(jīng)給人類健康帶來了極大的威脅。據(jù)國際癌癥研究中心報道，Pm.5會誘發(fā)冠狀動脈堵塞、充血性心力衰竭和肺癌等疾病，嚴(yán)重影響人類的生命安全。另外，最近美國環(huán)境保護局宣布，目前在世界范圍內(nèi)每年因Pm.5所導(dǎo)致的死亡人數(shù)高達2100萬。因此，研究和開發(fā)出高性能的空氣過濾材料，以分離空氣中的Pm.5，凈化室內(nèi)空氣，一直以來都是工業(yè)界和學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點。利用靜電紡絲法制備的聚丙烯腈（PAN）、聚砜（PSU）、聚碳酸酯（PC）、聚乙烯醇（PVA）、聚氨酯（PU）等聚合物的無紡布材料是目前應(yīng)用較為廣泛的纖維類室內(nèi)空氣凈化材料。然而，這些聚合物均屬于不可再生資源，而且其制備過程中使用的大量化學(xué)品會對環(huán)境帶來污染，另外其廢棄物處理存在很大困難。纖維素纖維，作為一種廣泛存在于大自然中的綠色可再生型生物質(zhì)資源，來源廣泛、價格低廉，因此，以纖維素纖維為原料取代合成聚合物原料制備空氣過濾材料具有很大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用價值。

本研究采用纖維素纖維為原材料，結(jié)合造紙中常用的纖維處理方式一一原纖化，使纖維充分分絲帚化，制備出紙基空氣濾材。另外，隨著磨漿轉(zhuǎn)速的增加，纖維表面分絲帚化作用越明顯，纖維表面暴露出了更多的細纖維絲或更多的纖維絲從纖維表面剝離，這會使最終制備的過濾材料中包含有更多比表面積大、吸附能力強的細纖維絲，有助于增強過濾材料對空氣中顆粒物的吸附作用，提高其過濾效率。從而，以纖維素纖維為原材料，基于原纖化處理結(jié)合冷凍干燥技術(shù)制備出綠色可生物降解的空氣過濾材料，減少霧霾污染對人體的傷害。

《造紙信息》：作為高性能纖維紙基功能材料的一種，紙基空氣濾材的發(fā)展?jié)摿皯?yīng)用價值如何？其主要的制備方法有哪些？在制備及應(yīng)用方面存在哪些瓶頸？

張美云：Pm.5，作為當(dāng)前最為嚴(yán)重的大氣污染物，對人類的生命健康有極大的威脅。因此研究和開發(fā)高性能的空氣過濾材料用以截留空氣中的Pm.5，一直以來都是工業(yè)界和學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點。紙基空氣濾材是一類典型的綠色可降解的生物質(zhì)材料，符合國家可持續(xù)的發(fā)展戰(zhàn)略要求。目前紙基空氣過濾材料的制備方法主要分為冷凍干燥、泡沫成形和濕法成形。

（1）冷凍干燥法，作為一種常用的制備多孔材料的技術(shù)，其原理是首先將液態(tài)懸浮液冷凍成冰，然后通過減壓升華脫除水分。冷凍干燥過程中水分直接從固態(tài)升華為水蒸氣而被去除，避免了液態(tài)狀態(tài)下水分子的表面張力對多孔材料結(jié)構(gòu)帶來的破壞。以纖維素纖維懸浮液為原料，利用冷凍干燥技術(shù)制備空氣過濾材料可以避免纖維之間的角質(zhì)化，保持過濾材料的本質(zhì)微觀形貌和結(jié)構(gòu)，而且冷凍干燥工藝簡單、靈活便捷，因此，更適合于用以制備高性能紙基空氣過濾材料。

（2）泡沫成形法，原理是向纖維懸浮液中加入發(fā)泡劑，在機械攪拌作用下使纖維懸浮液中產(chǎn)生大量氣泡，發(fā)泡后纖維懸浮液中的水分子會在纖維端部之間搭建起水橋，從而將分散在泡沫體系中的纖維連接起來，干燥后泡沫破裂，纖維相互搭接形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在利用泡沫成形法制備纖維素基空氣過濾材料時，纖維/泡沫體系中的空氣含量對過濾材料的孔隙結(jié)構(gòu)起著決定性影響，進而會影響過濾材料的空氣過濾性能。但是，發(fā)泡劑含量、機械攪拌速率、攪拌時間、纖維懸浮液濃度等因素都會對空氣含量產(chǎn)生影響，因此如何精準(zhǔn)地控制空氣含量依然是一項困難的工作。

（3）濕法成形法，是生產(chǎn)紙基材料應(yīng)用最廣泛和最成熟的工藝。濕法成形法主要是纖維在水流狀態(tài)下均勻分散形成纖網(wǎng)，大量的纖維在纖網(wǎng)中呈現(xiàn)雜亂無章的分布，當(dāng)于烘缸上干燥后，樣品會呈現(xiàn)出疏松多孔的結(jié)構(gòu)。但是濕法成形過程中需要大量的生產(chǎn)用水進入整個循環(huán)系統(tǒng)，增加了生產(chǎn)過程中的能耗。另外濕法造紙技術(shù)適于生產(chǎn)薄片狀的紙頁產(chǎn)品材料，而這類薄頁材料由于其本身多孔的性質(zhì)，對微細顆粒物捕捉和攔截作用有限的容塵量遠達不到日常對微細顆粒物的過濾要求。

冷凍干燥技術(shù)適合制備多孔的三維纖維素基空氣濾材，然而由于其過程主要分為“漿料預(yù)凍”和“升華干燥”，在樣品干燥過程中需要低壓真空的冷凍環(huán)境，整個過程需要較大動力能耗輸入，在短時期內(nèi)較難達到工業(yè)化批量生產(chǎn)。

《造紙信息》：紙基空氣濾材的主要性能參數(shù)是什么？制備過程需要注意的主要事項是什么？

張美云：“過濾效率”“壓力降”和“質(zhì)量因子”是評價空氣過濾材料最基本也是最重要的參數(shù)。目前，我們團隊制備的紙基空氣過濾材料達到超高過濾效率（99.9%），符合美國職業(yè)健康安全研究所制定的N-99標(biāo)準(zhǔn)要求，詳細的樣品信息與參數(shù)已發(fā)表在相關(guān)雜志。

在紙基空氣過濾材料的制備過程中，我們發(fā)現(xiàn)冷凍介質(zhì)、漿料濃度、冷凍溫度等因素都會對紙基空氣過濾材料的“孔隙率”“孔徑分布”“密度”和“強度”等性能參數(shù)產(chǎn)生較大的影響。實驗發(fā)現(xiàn)：當(dāng)冷凍介質(zhì)由純水溶劑變?yōu)槭宥〈紩r，孔隙率從94.8%增加到96.4%，孔徑分布峰值由120.9μn變化為72.6和6.0μm。另外實驗過程中在漿料懸浮液中加入一定量的納米纖維素可以顯著改善紙基空氣過濾材料的強度性能。

制備合格的紙基空氣過濾材料，首先一定要將原材料——纖維素纖維充分地分絲帚化，因為絮聚的漿團經(jīng)過冷凍干燥過程會變?yōu)楦捎驳膲K狀物質(zhì)，這種材料對Pm.5顆粒物幾乎沒有吸附和過濾效果，所以充分的原纖化過程是必要的。另外濾材樣品在冷凍干燥過程中必須一次性冷凍成型，未完全冷凍的樣品在經(jīng)歷二次冷凍過程中會對濾材內(nèi)部的多孔結(jié)構(gòu)造成較大影響，破壞原有的孔隙結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致空氣濾材的過濾效率降低。

《造紙信息》：在紙基空氣濾材的研發(fā)與應(yīng)用方面，我國與國際相比差距在哪里？您對紙基空氣濾材未來研發(fā)的重點方向有哪些建議？

張美云：目前對于紙基空氣濾材研發(fā)和制備，國內(nèi)普遍采用冷凍干燥法、泡沫成形和濕法成形，即層層抄造技術(shù)，這些研究的階段性成果是比較先進的，制備的紙基空氣濾材可以達到國際N-99標(biāo)準(zhǔn)，芬蘭VTT研究中心采用泡沫成形技術(shù)制備多孔的紙基濾材，已經(jīng)進行了多次多產(chǎn)品中試，這項技術(shù)在國際上領(lǐng)先。

紙基空氣濾材未來研發(fā)的重點方向：

·研究和開發(fā)憎水性或超疏水性紙基空氣過濾材料，因為纖維素纖維的吸濕性較高，當(dāng)空氣中濕度較高時，紙基空氣過濾材料的結(jié)構(gòu)容易受到破壞;

·優(yōu)化生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)能耗，實現(xiàn)紙基濾材的規(guī)?；团炕a(chǎn);

·“功能化”和“智能化”是目前材料的發(fā)展趨勢，所以對于紙基空氣過濾材料的要求可能不僅僅是攔截和吸附Pm.5顆粒物，同時對污染空氣中有毒氣體可以有效地吸附，因此研究和開發(fā)多功能型的紙基空氣過濾材料是一項具有意義和挑戰(zhàn)性的工作。

《造紙信息》：您作為一直奮戰(zhàn)在制漿造紙行業(yè)教學(xué)、科研第一線的一名老兵，有什么樣的心得體會，您想對業(yè)內(nèi)的全體造紙科技工作者說些什么？

張美云：做學(xué)術(shù)、搞科研是十分辛苦的工作，要耐得住寂寞、抵得住誘惑，要沉得下心、撲得下身，沒有誰能隨隨便便成功。作為科技工作者要走出校園，深入生產(chǎn)實際，解決實際問題，把論文寫在祖國的大地上。

與發(fā)達國家相比，目前我國在高性能紙基功能材料領(lǐng)域，尚未形成基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用研究、生產(chǎn)集成等完整體系，在國際市場缺乏話語權(quán)和競爭力，相關(guān)技術(shù)水平及產(chǎn)品仍處于“跟跑”或“并跑”水平。未來我們團隊將繼續(xù)緊密圍繞國家重大需求，開展基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)，加強產(chǎn)學(xué)研結(jié)合與國際合作，實現(xiàn)高端領(lǐng)域用紙基復(fù)合材料國產(chǎn)化，加快替代進口并參與國際競爭。我們將繼續(xù)致力于科技創(chuàng)新，產(chǎn)學(xué)研并舉，為推進我國高性能纖維紙基功能材料國產(chǎn)化，促進輕工新材料輕量化、高性能化和綠色安全化不懈努力！

二等獎

題目：堿回收爐煙氣排放及控制措施可行性技術(shù)分析

作者：靳福明

單位：華南理工大學(xué)

中國中輕國際工程有限公司

獲獎?wù)咝穆?/p>

獲悉我的論文獲得《中國造紙》2018年度“誠銘化工杯”優(yōu)秀論文二等獎很是高興，感謝《中國造紙》編輯部給予的這個平臺和機會，讓我就當(dāng)前行業(yè)熱議的堿回收爐大氣污染物排放的技術(shù)問題，發(fā)表自己的看法和意見，也感謝廣大讀者、評委對該文的關(guān)注和認(rèn)可，希望所有制漿造紙工作者以《中國造紙》為平臺，對行業(yè)關(guān)注度較高的熱門話題發(fā)表各自的觀點和看法，充分發(fā)揮《中國造紙》這一學(xué)習(xí)和交流平臺的作用。

獲獎?wù)撐难芯恳c：堿回收爐作為漿廠的核心設(shè)備，回收的制漿化學(xué)品和副產(chǎn)品蒸汽，均回用于制漿造紙生產(chǎn)，是提升現(xiàn)代漿廠效益的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時也是漿廠二氧化硫和氮氧化物等酸性氣體污染物排放的主要來源。隨著近年來環(huán)保政策的日趨嚴(yán)格，作為漿廠大氣污染物排放源之一的堿回收爐也面臨嚴(yán)峻的考驗。作者結(jié)合堿回收爐煙氣排放現(xiàn)狀調(diào)查，提出采用排放當(dāng)量指標(biāo)考核堿回收爐酸性氣體污染物排放并希望盡早出臺堿回收爐專用排放標(biāo)準(zhǔn)。

《造紙信息》：首先恭喜您撰寫的文章獲得《中國造紙》2018年度“誠名化工杯”優(yōu)秀論文二等獎。請您簡單介紹一下獲獎?wù)撐牡淖珜懕尘啊⒅饕獌?nèi)容及目的。

靳福明：謝謝！我之所以寫這篇文章，首先，在工作上，我們中國中輕國際工程有限公司承接了國內(nèi)大部分新建和改造漿廠項目的前期咨詢和后續(xù)的工程設(shè)計任務(wù)，在前期項目策劃階段的可行性研究報告編制過程中面臨的問題之一是堿回收爐煙氣排放執(zhí)行什么標(biāo)準(zhǔn)，不同的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)涉及到不同技術(shù)的選用、不同設(shè)備規(guī)格參數(shù)的確定、投資規(guī)模的變化以及不同的技術(shù)經(jīng)濟可行性結(jié)論等。同時項目總排放量的不同也直接關(guān)系到項目環(huán)境影響評估報告的結(jié)論，新建項目則直接影響項目的建設(shè)規(guī)模和項目是否可以立項，改造項目關(guān)系到企業(yè)達標(biāo)排放和經(jīng)濟運行等問題。因此，工作過程中對影響堿回收爐污染物排放負荷的因素比較關(guān)注并進行了一定的研究。其次，我在華南理工大學(xué)的工程博士論文也涉及了黑液性質(zhì)及黑液提取木素對堿回收爐運行的影響研究，其中專門研究了入爐黑液固形物中氮含量對堿回收爐氮氧化物排放量的影響以及酸析木素對黑液氮元素分布的影響?；谏鲜龌A(chǔ)，考慮堿回收爐煙氣排放也正是行業(yè)熱議的話題，我把這些研究成果進行了匯總，結(jié)合自己對行業(yè)的一些調(diào)研和思考，完成了這篇文章，與行業(yè)同仁分享。

這篇文章主要分析了堿回收爐二氧化硫、氮氧化物的產(chǎn)生和排放控制技術(shù)以及適用的氮氧化物減排技術(shù)，同時介紹了國內(nèi)堿回收爐裝備情況和不同類型堿回收爐的排放現(xiàn)狀。主要目的是針對堿回收爐二氧化硫、氮氧化物產(chǎn)生和排放控制技術(shù)的可行性進行深入分析，引導(dǎo)堿回收爐運行控制和技術(shù)改造的方向并呼吁制定堿回收爐專用的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

《造紙信息》：堿回收爐不僅是漿廠的核心設(shè)備，又是漿廠最重要的環(huán)保設(shè)備，但在燃燒黑液的同時卻產(chǎn)生新的污染物質(zhì)——二氧化硫、氮氧化物等酸性氣體。請您介紹一下堿回收爐酸性氣體大氣污染物的排放情況，以及堿回收爐工況對酸性氣體大氣污染物排放的影響。

靳福明：漿廠大氣污染物主要來自堿回收爐、石灰窯、焚燒爐和工藝過程的無組織廢氣，堿回收爐煙氣占漿廠總氣體排放量的80%，是漿廠重要的大氣污染物排放源，排放的大氣污染物主要是粉塵、二氧化硫、氮氧化物等。堿回收爐燃燒的黑液總鈉占固形物總量的20%～25%，所以一臺正常運行的堿回收爐能夠?qū)崿F(xiàn)良好的鈉鹽爐內(nèi)脫硫功能，從而保證排放的二氧化硫濃度處于較低的水平，如大型木漿堿爐可以達到10mg/m的二氧化硫排放濃度。因此堿回收爐大氣污染物排放控制主要關(guān)注的是顆粒物和氮氧化物。

堿回收爐工況對酸性氣體排放的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面：提高入爐黑液濃度將降低二氧化硫排放而氮氧化物排放略有增加?？刂茐A回收爐爐膛上部一定濃度的CO含量，可降低氮氧化物產(chǎn)生量。增加堿回收爐爐膛上部供風(fēng)能夠降低氮氧化物排放?？刂茐A回收爐在85%～105%負荷運行也可降低氮氧化物排放，而對二氧化硫排放影響不大。

《造紙信息》：我國林業(yè)資源匱乏，木材制漿相對較少。這在一定程度上限制了我國堿回收及其上下游領(lǐng)域的技術(shù)進步與裝備水平的提升。請您介紹一下，目前我國在控制堿回收爐煙氣排放方面主要應(yīng)用了哪些技術(shù)？北美及北歐木材制漿比較發(fā)達地區(qū)的紙漿廠是如何解決堿回收煙氣排放這一問題的？有哪些方面是我們可以借鑒和學(xué)習(xí)的？

靳福明：目前我國在控制堿回收爐煙氣排放方面采用的技術(shù)主要包括提高入爐黑液濃度、控制堿回收爐煙氣含氧量、增加堿回收爐上部供風(fēng)、合理分配爐膛不同高度的供風(fēng)比例和供風(fēng)方式等。國內(nèi)有的企業(yè)也在嘗試其他的爐內(nèi)或爐外煙氣處理技術(shù)，如爐內(nèi)噴入化學(xué)藥品、排放煙氣干法或干濕法脫硝等，這些技術(shù)基本是開創(chuàng)性和實驗性的技術(shù)，我個人認(rèn)為如果沒在堿回收爐運行工況上下功夫而直接嘗試這些技術(shù)是得不償失的。

我國采用的這些技術(shù)和北美及北歐的木材制漿企業(yè)處理堿回收爐煙氣排放技術(shù)區(qū)別不大，并且也都在互相的借鑒和學(xué)習(xí)過程中。值得強調(diào)的是我們在向國外同行學(xué)習(xí)技術(shù)的同時，更要學(xué)習(xí)他們以扎實的理論基礎(chǔ)為出發(fā)點，對待任何事情一事說一事、不一刀切、不盲從和充分論證的科學(xué)態(tài)度。

《造紙信息》：近年來，社會各界對空氣污染的關(guān)注度迅速提高，我國大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格。您在文章中提到，建議早日建立適宜堿回收爐特點的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。請介紹一下，在您建議的這個標(biāo)準(zhǔn)中，適宜堿回收爐的排放標(biāo)準(zhǔn)的主要污染物的控制指標(biāo)，是低于國家整體標(biāo)準(zhǔn)還是高于國家整體標(biāo)準(zhǔn)？國家“十三五”規(guī)劃中，造紙行業(yè)有800萬t落后產(chǎn)能需要淘汰，如果只從堿回收爐煙氣排放這個角度考慮，您認(rèn)為有多少不合格的產(chǎn)能應(yīng)該被淘汰？

靳福明：近幾年我國大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，而由于堿回收爐的特性，直接套用任何標(biāo)準(zhǔn)都不太適宜，就酸性氣體排放來講，一般二氧化硫的排放濃度可通過工藝控制達到較低的水平，氮氧化物則受黑液固形物中氮元素含量的影響較大，在不提高二氧化硫總排放濃度的前提下，應(yīng)用所有的操作控制技術(shù)其氮氧化物排放濃度也只能達到200mg/Nm3（基準(zhǔn)含氧量6%）。所以根據(jù)國內(nèi)外同業(yè)情況，科學(xué)制定針對堿回收爐煙氣氮氧化物的排放限值是很有必要的。

我建議實行堿回收爐酸性氣體排放的總量控制，控制酸性氣體排放當(dāng)量總值，達到技術(shù)和經(jīng)濟的優(yōu)化。小型堿回收爐酸性氣體酸性氣體排放當(dāng)量在11.68以下，這個數(shù)值與GB13271-2014新建燃油鍋爐的酸性氣體排放當(dāng)量一致。大型堿回收爐酸性氣體排放當(dāng)量在7.47以下，這個數(shù)值與GB13223-2011中新建其他氣體燃料鍋爐的酸性氣體排放當(dāng)量一致。希望我的建議能提供一個考慮的思路，起到拋磚引玉的作用，具體如何操作和制定什么樣的指標(biāo)還應(yīng)由主管部門組織行業(yè)、環(huán)保和標(biāo)準(zhǔn)制定的專家研討論證后確定。

談到“十三五”規(guī)劃中造紙行業(yè)800萬t產(chǎn)落后能的淘汰問題，我理解主要是淘汰紙和紙板的落后產(chǎn)能，就我的了解目前我國帶堿回收的化學(xué)漿生產(chǎn)系統(tǒng)基本不存在落后產(chǎn)能的問題。

《造紙信息》：作為造紙行業(yè)的資深專家，針對我國堿回收爐煙氣排放的問題，您有哪些建議？

靳福明：您過獎了，談不上資深專家。就堿回收爐煙氣排放問題，我覺得一方面是對一些有條件的堿回收系統(tǒng)進行技術(shù)改造，如提高入爐黑液濃度、改善堿回收爐供風(fēng)系統(tǒng)，甚至通過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)改變黑液固形物中氮含量和降低堿回收爐運行負荷等。另一方面則是要穩(wěn)定堿回收爐的運行，應(yīng)用現(xiàn)代的自動化控制技術(shù)穩(wěn)定堿回收爐各項操作參數(shù)，解決排放濃度受操作影響而波動大的問題。在這兩點上，非木漿堿回收系統(tǒng)和早期建設(shè)的木漿堿回收系統(tǒng)的科研和技術(shù)開發(fā)的所需工作量還比較大。此外，希望行業(yè)同仁能夠共享堿回收爐煙氣排放控制新技術(shù)的研究成果，哪怕是不成功的經(jīng)驗，也有助于行業(yè)少走彎路。