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秦梦华:纸业绿色发展需要生物技术

摘要:秦梦华教授主要从事二次纤维制浆化学与技术,制浆造纸生物技术,抽出物化学与树脂障碍控制方面的研究。

纸多多讯】秦梦华教授主要从事二次纤维制浆化学与技术,制浆造纸生物技术,抽出物化学与树脂障碍控制方面的研究。先后发表学术论文160余篇,其中50余篇被SCI、EI和ISTP收录。在国际上首次提出了树脂粒子在浆水体系中的双层结构理论。提出和完善了植物纤维的生物有限降解及修饰的理论与技术,申请国家发明专利9项,出版学术专著一部。承担和主持完成了国家自然科学基金、国际合作项目等国家、省级和企业委托的科研课题24项。先后荣获国家教委理论成果三等奖1项,国家教育部科技进步三等奖1项,山东省科技进步二等奖2项,山东省教育厅科技进步三等奖2项,济南市科技进步一等奖1项。先后应邀出访芬兰、法国、瑞典、丹麦、荷兰和德国等国家,进行了广泛的学术交流和合作。

专访:2011年度国家科技进步奖获得者、山东轻工业学院副校长秦梦华

以植物纤维为原料的制浆造纸工业是我国国民经济的重要基础原材料工业,也是我国节能减排和污染治理的重点行业。山东轻工业学院以秦梦华教授为负责人的团队历经十几年的研究,联合华泰集团有限公司、中国制浆造纸研究院,以现代生物技术为手段,在降低打浆和磨浆能耗、废纸的清洁化生产及提升纸浆的品质等关键技术方面取得突破和创新,解决了制浆造纸工业中生物酶的选择性降解这一关键科学技术问题。获得了多项原创性理论成果,创建了具有我国自主知识产权的造纸纤维生物酶解关键技术体系,先后获得8项国家发明专利。2012年2月14日,在北京人民大会堂举行的国家科学技术奖励大会上,秦梦华教授领取了国家科学技术进步二等奖,也是该年度造纸行业唯一一个获奖项目。

谈历程:十余年研究初试牛刀

1996年,秦梦华在华南理工大学攻读博士期间就开始了生物技术的研究,当时主要的研究项目是用脂肪酶来降解树脂。1998年博士毕业后,秦梦华一边在山东轻工业学院任教,一边又到山东大学微生物技术国家重点实验室继续做博士后研究工作,进一步研究纤维素酶的酶法脱墨技术。

1999年秋天,秦梦华和山东大学微生物技术国家重点实验室的研究人员,在山东诸城造纸厂开始了第一次工业生产的应用。首先利用固体发酵技术制备了适于废新闻纸脱墨的纤维素酶制剂,经过一个多月的工业生产试验,在该企业的废新闻纸脱墨生产线上采用酶法脱墨技术生产出合格的新闻纸。和化学法相比,新闻纸的白度和尘埃度等技术指标有了较大提高。

第一次生产应用激发了秦教授及其团队的热情和信心,回到学校后,他们又做了大量的研究,在众多的酶制剂中遴选出Novozymes公司的几种酶制剂,在更大规模的办公废纸脱墨生产线上(编者注:太阳纸业原白纸板配套的100吨/日脱墨浆生产线)进行工业生产试验。“这一次我们遇到了真正的难题,之前在实验室里得出的最佳方案运用到生产中,结果却大相径庭。半个月的时间,我们前后共调整试用了五种不同的酶制剂,终于得出了理想的效果并稳定运行。脱墨浆的白度和尘埃度指标都优于传统的化学脱墨,而且大幅度降低了生产成本。

谈成果:努力追赶国际先进水平

自20世纪80年代,国外的研究者就开始了造纸工业生物技术的研究。秦梦华教授始终紧跟国际研究的前沿,经过十几年的研究,终于获得了多项原创性理论成果,创建了具有我国自主知识产权的造纸纤维生物酶解关键技术体系。

项目内容主要包括:(1)提出了纤酶对化学浆的酶促打浆机制,研发了一种能够选择性降解的酶促打浆技术,即在大幅度降低能耗的同时,提高纸浆的强度;(2)揭示了脱墨条件下纤维选择性酶解的途径,合成了高效中性脱墨剂,开发了一种办公废纸酶法脱墨技术和废新闻纸中性脱墨技术,大幅度降低了脱墨废水的污染负荷;(3)提出了废新闻纸漆酶-介体脱墨理论,发现了漆酶和纤酶在脱墨过程中的协同作用,发明了一种能够选择性降解的漆酶-介体和漆酶-纤酶废新闻纸脱墨技术,进一步提高了脱墨浆的质量;(4)构建了树脂在浆水体系中的双层结构模型,研发了一种能够有效降低阴离子杂质阳电荷需要量和树脂沉积的生物处理技术,优化了造纸湿部化学体系;(5)阐明了纤酶和漆酶对机械浆、化学浆纤维的改性机理,明确了纤酶、漆酶及微生物对纤维原料制浆前进行选择性生物降解的机制,研发了一种降低磨浆能耗的纤维原料制浆前选择性降解技术和提高纸浆强度性能的生物处理技术。

该技术应用于生产后,可使针叶木浆的打浆能耗降低10%~30%,阔叶木浆能耗降低35%~45%,草浆能耗降低40%~55%,同时纸浆强度有不同程度的提高;废纸酶法脱墨过程中的碎浆能耗降低25%,同时纸浆白度和强度进一步提高;果胶酶处理可使浆水体系中阴离子杂质的阳电荷需要量降低30%~60%,树脂沉积量减少10%~55%,留着率提高10%~80%;利用纤酶、漆酶或菌种处理植物纤维原料,可以节约磨浆能耗30%~40%,且大幅度提高后续纸浆的强度和白度;酶法改性后,机械浆裂断长提高8%~58%,硫酸盐浆湿强度提高100%。以上性能指标,均达到国际先进水平。

谈纸业:绿色需要生物技术

“十二五”期间,无论是环境保护规划还是造纸行业规划都对减少污染做出了明确的要求,如何在环境容量允许的情况下继续发展造纸行业也成为每一个造纸行业工作者都需要思考的问题。

谈及绿色纸业这一未来的发展方向,秦教授表示了肯定,并结合自身的研究成果提出了自己的观点:“绿色纸业,要保证从源头到成品,包括中间所有的添加剂应都是绿色的、可降解的。现在国家对造纸污染物的控制已经重视起来,但是对制浆造纸过程所用添加剂的控制,还没有重视,也没有约束性的规定。这些化学品虽然用量不大,但有些化学品难于降解,因此这些化学品会对自然环境造成污染。”

“绿色纸业需要生物技术!”秦梦华教授说,“生物技术是一种绿色技术,与传统的工艺相比,生物技术的应用前景非常光明。在酶法打浆、酶法脱墨、树脂生物控制、纤维的酶法改性和生物漂白等方面有较大的应用空间,生物技术在造纸工业节能减排和可持续发展方面必将发挥更大的作用。”

谈创新:为企业服务,需要重视理论研究

从2009年开始,造纸行业已经连续三年有项目获得国家科技进步二等奖,反映了造纸行业在科技创新上面的长足进步。秦教授认为,近十年来,我国在造纸领域科学研究的进步非常快,水平也比较高,在某些方面的研究已经处于国际领先水平。

秦教授说:“现在的应用研究越来越离不开基础性的探索。仅靠一般的工艺研究就能为企业服务的日子已经过去,而应该从源头抓起,从理论研究做起,要耐得住基础研究的寂寞和失败。只有基础研究搞清了,应用研究的水平才能提高,才能真正获得我们原创性的技术。因此作为一个科技工作者来说,要两条腿走路。既要立足生产实际,瞄准工业生产中存在的实际问题,从实际中找课题;又要从理论研究做起,真正阐明产生问题的原因所在,从而找出解决问题的思路和提出切实可行先进技术。”

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关键词: 秦梦华 纸业 生物技术

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