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《中国造纸》2018年度 诚铭化工杯 优秀论文部分获奖作者专访 2019年1月16日, 《中国造纸》2018 年度 诚铭化工杯 优秀论文评选活动落下帷幕.

经 过严格的初评、复评及专家终评会终评后,最终评选出优秀论文15篇,其中一等奖1篇、二等 奖2篇、三等奖5篇、优秀奖7篇.获奖优秀论文代表了我国造纸工业相应领域的技术水平和发 展方向,为该领域技术进一步发展提供了借鉴和参考.本刊特别对《中国造纸》2018年度 诚 铭化工杯 优秀论文一等奖和二等奖的部分获奖作者进行了专访,以期与读者共同分享作者的 研究成果. 编者按获奖作者:田超获奖作者:张美云 获奖作者:靳福明 Interview 采访报道

47 获奖者心声 非常感谢《中国造纸》2018年度优秀论文评选专家对 纤维素酶和聚 木糖酶处理改善溶解浆性能的研究 一文的认可.这项研究开始于师从倪永 浩教授攻读博士学位期间,是来源于国外溶解浆企业需求的课题,后续又 在中国制浆造纸研究院有限公司进行拓展研究,并向国内企业推介.研究的 着眼点在于通过酶处理达到纤维素纯化和活化的目的,既可用于溶解浆的质 量提升,也可为 纸改浆 提供一条新的技术路径.衷心希望这项研究和相 关论文能够为溶解浆和再生纤维素纤维两个领域的技术研发提供点滴借鉴和 支持. 田超博士 一等奖 题目:纤维素酶和聚木糖酶处理改善溶解浆性能的研究 作者:田超石瑜翟丙彦 乔军应广东 单位:山东太阳纸业股份有限公司 中国制浆造纸研究院有限公司 Interview 采访报道

48 《造纸信息》 :首先恭喜您撰写的文 章获得《中国造纸》2018年度 诚铭化 工杯 优秀论文一等奖!也非常感谢您 接受我们的采访!您的获奖文章《纤维 素酶和聚木糖酶处理对改善溶解浆性能 的影响》 ,这个课题在我们行业里也颇为 新颖,请介绍一下,当时设计这一科研 课题时的研究背景是怎样的?提出这一 课题的主要目的是什么? 田超:关于这篇论文所涉及的课 题的提出,要非常感谢我的博导倪永浩 老师.这个课题最初源自倪永浩老师团 队的一个企业合作项目,目的是改善溶 解浆的反应性能,我读博期间在这个项 目的基础上围绕提升溶解浆质量,主要 是提升纤维素纯度和反应性能两个方面, 做了相对系统的扩大研究,包括溶解浆 反应性能的表征方法、改善溶解浆反应 性能的方法和机理、冷/热碱抽提提高纤 维素纯度等内容.博士毕业后回到中国 制浆造纸研究院有限公司继续工作期间, 又继续沿着这个方向开展了后续研究, 包括如何结合冷 / 热碱抽提和酶处理来 实现纸改浆,以及纸改浆的废液综合利 用、酶的选用等内容,目的是让这些研 究更加贴近生产实际.这篇论文所介绍 的主要是用酶处理来改善溶解浆反应性 能的部分,此外还有关于机械和物理处 理方法的研究在其他论文中发表.当然, 从实际应用角度来讲,经过研究比较之 后,认为酶处理可能是更为简便、高效 的方法. 我倒没有觉得这个课题如何高大上, 在我看来它只是一个针对小众浆种的具 体问题的应用研究,目前没有涉及太深 入的机理研究.当然这并不意味着我看 低这项研究的意义,重大技术革新与点 点滴滴的技术改进对产业发展来说都很 重要,我很期望这项小而专的研究能够 在溶解浆生产中发挥一点儿作用.并且, 这个课题虽然入口比较窄,但接下来可 以做得很宽、 很深入, 影响面也可以扩大, 后面我会解释原因. 《造纸信息》 :在造纸行业里,改善 溶解浆性能方面的实验课题涉及较少, 请简单介绍一下实验的主要内容和研究 心得.实验中提到的对阔叶木溶解浆性 能的改善,可以使原有性能有多大幅度 的提升?这一提升会对下游用户的使用 产生什么影响? 田超:正如前面所提到的,可能 近年来,随着黏胶纤维等溶解浆下游行业的迅速发展,我国溶解浆 消耗量快速增加.在溶解浆无法满足需求的情况下,部分企业将造纸浆 经加工处理后改性为溶解浆(以下简称纸改浆) .但受制于反应性能不佳 的问题,大部分纸改浆只能部分替代溶解浆应用于黏胶纤维的生产.因此,采用各种手段提高溶解浆反应性能就十分重要,其中,通过酶处理 使纤维素纯化和活化,从而改善溶解浆的品质,也可为纸改浆提供一条 新的技术路径.获奖论文的研究结果表明,纤维素酶处理可以将纸改浆 的Fock 反应性能从13.50%提高到49.75%. Interview 采访报道

49 是因为溶解浆比较小众,且其下游是纺织行业, 完全脱离了我们熟知的造纸行业,很多关于溶 解浆性能的深层要求并没有像制浆和造纸这样 通畅、深入地反映出来,所以制浆造纸行业中 相关研究相对较少. 这个课题的主要内容还是比较容易理解的. 首先,厘清了什么是溶解浆的反应性能,及其 主要影响因素.简单来说,在黏胶纤维生产中, 反应性能是特指与二硫化碳发生黄化反应的能 力,其主要决定因素是纤维素的可及度.提高 溶解浆反应性能的方法有很多,但每种方法在 应用时都存在一些难度,有可能引起溶解浆的 多个指标之间的联动反应.例如,降低聚合度 在提高反应性能的同时,可能引起甲纤含量的 显著降低,而黏纤厂对聚合度也有下限要求, 诸如此类,此外还要考虑经济上的可行性. 如果以 Fock 测试来衡量的话,市场上的预 水解硫酸盐溶解浆的反应性能普遍在50% 左右, 酸法浆普遍在80% 以上.目前在研究中取得 的最好效果是把阔叶木预水解硫酸盐溶解浆的 Fock 反应性能从45% 提高至接近90%,也就是 达到酸法浆的水平.当然这并不具有典型的应 用意义,因为还需要考虑应用场景和成本要求, 但探索出了技术上的可能性.反应性能改善对 下游用户――也就是黏纤生产的影响是,可以 提高浆粕的溶解程度、提高原料利用率,减少 有毒溶剂二硫化碳的使用量,提高成丝质量和 生产效率,优点是显而易见的.正因为如此, 虽然在溶解浆国标中并没有规定反应性能的标 准,但实际上在黏纤厂和溶解浆厂反应性能都 是必测、必报的核心指标. 《造纸信息》 :我们知道,由于国内的溶解 浆需求和供应之间有比较大的缺口,在一些比 较特殊的价格或者供求关系条件下,会催生纸 改浆这样的做法,据了解主要采用的是碱抽提 的方法,这篇文章里也涉及到这方面的内容. 请您介绍一下,这类纸改浆与直接生产的溶解 浆相比有哪些优缺点?这篇文章主要介绍的酶 处理跟纸改浆有什么特定的关联性?以碱抽提 为基础的纸改浆工艺是否有进一步扩大应用的 可能性,主要难点在哪里? 田超:首先要再提及一下纸改浆所基于 的技术原理.在一些纤维素化学的权威著作中 提到,高浓冷碱液抽提是从纸浆中去除五碳糖 类半纤维素的最高效的方法,因为高浓低温碱 液可以使纤维素大幅润胀,短链糖类可以有效 溶出,并且这个过程几乎可以认为是纯物理过 程,发生的化学反应很少;

对含有比较多六碳 糖类半纤维素的纸浆,当然就是指针叶木浆, 则可能还需要热碱抽提来去除这类半纤维素. 而化学纸浆和溶解浆的主要差别就在于半纤维 素含量,所以碱抽提就自然成为纸改浆的首选 途径.基于这个原理,特别是在冷碱抽提条件 下,短链糖类大量溶出,浆粕可以很容易达到 比较高的甲纤含量,平均聚合度也会有所提 高,但是同时,纤维素经过强碱条件下的显著 润胀之后,第一会发生晶型的变化,至少会有 一部分由 I 型转变为反应性能更差的 II 型纤维 素,第二再次干燥时由于 杂质 的流失会形 成更加紧密的氢键结合,也就是常说的角质化. 所以纸改浆的一个重要特点就是纤维素可以更 纯,但被显著 钝化 ,反应性能变差.因此, 这篇文章里介绍了用酶处理来重新 活化 碱 抽提之后的浆粕. 纸改浆目前处于一种存在但非主流的状 态.单从理论上来讲,纸改浆为溶解浆生产提 供了一种新的选择,在溶解浆需求缺口明显的 情况下应该是受欢迎的;

对传统的化学纸浆生 产者来说,也意味着可以通过纸改浆实现产品 线的延伸,而不必建设专门的溶解浆生产线. 但是既然没有大规模发展起来,说明这个技术 路线还存在一些问题.我个人的看法是,还没 有解决技术手段和成本之间的平衡.高浓碱液 抽提、酶处理,这些处理都需要增加成本,溶 解浆和化学纸浆之间的差价能否覆盖这些成本 起着决定性作用,差价很高的时候碱液不回收 Interview 采访报道

50 都可以接受,但差价低的时候就不行,另外还 有废液处理的问题,回收要有回收的方法、并 且也存在经济性的问题,不回收时废液也要有 相应的去处.恰恰是这些附属问题没有妥善地 解决,成为纸改浆的发展障碍,由纸浆到溶解 浆并没有太大的技术难度.所以在纸改浆方向, 目前我和同事们把重点放在了碱抽提废液的回 收利用方面,比如结合制浆生产直接回用碱抽 提废液是一条路线,把抽提废液的碱和抽出物 分离回用是另一条路线. 《造纸信息》 :科研的终极目的就是应用到实 践中转化为生产力.请介绍一下,酶处理改善溶 解浆性能这一课题,目前是否已经有实践中的应 用.在成果转化方面,这类课题整体处于什么阶 段?您负责的这项研究,处于什么阶段?如果将 成果转化设定为目标的话,还有多长的路要走? 田超:是的,这个课题从形成之初到目前 的研究目标都是指向应用.可以说,这个技术本 身已经比较成熟了,随时可以投入生产应用,只 要根据溶解浆产品要求调整好酶的构成和使用条 件,在生产线上实施起来并不困难,不需要大的 改造和硬件投入.据我所知,用酶处理来改善反 应性能的做法,国外的溶解浆企业已经投入了实 际应用.我也在跟国内一些溶解浆企业介绍这项 技术,希望能够尽快实现应用.当然,这项技术 在国内推广并不容易,不是技术的问题,而是成 本的原因.酶处理本身需要增加的成本并不高, 在国外的时候做过测算,通常情况下在3 ~ 4美元/t 浆,但是由于国外企业有明显的原料成本优 势,所以应用相对容易,而国内的价格竞争压力 比较大,有难度是可以理解的. 《造纸信息》 :酶处理改善溶解浆性能这一领 域的研究, 国外的研究现状是什么?与国外相比, 我们的研究是否有差距. 田超:坦率地说,在研究这个层面,我们 跟国外并没有太大的差距,更多的是 差异 , 比如创新理念上的差异.国外的企业比较看重技 术上的领先优势,即便产品质量合格,也不断追 求质量改进,不断提出新的创新需求.所以总给 人一种感觉,国外的研究比我们领先一步,实际 上还是需求导向的差异,要看研究是解决存量问 题还是引领技术发展. 《造纸信息》 :您对获奖论文课题中的现有成 果是否满意,还存在哪些不足之处?下一步的研 究方向怎样? 田超:说实话我并不是很满意,或者说还 有很多工作没有完成.从几个方面来说:第一, 由于对酶本身的特性研究还不够,采取的是 拿 来主义 ,同样都是内切葡萄糖酶(或以内切葡 萄糖酶为主) 、用量相当,处理之后效果差异很 大,说明可能还要深入探究酶产品的差异,比如 活化效果是否与产酶的菌种、内切葡萄糖酶之外 的其他组分相关等;

第二,对机理的研究还不够........