《中國造紙》2018年度“誠銘化工杯” 優(yōu)秀論文部分獲獎作者田超博士專訪

1 月16 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。經過嚴格的初評、復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)相應領域的技術水平和發(fā)展方向，為該領域技術進一步發(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。

獲獎者心聲

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

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”一文的認可。這項研究開始于師從倪永浩教授攻讀博士學位期間，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量提升，也可為“紙改漿”提供一條新的技術路徑。衷心希望這項研究和相關論文能夠為溶解漿和再生纖維素纖維兩個領域的技術研發(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)將造紙漿經加工處理后改性為溶解漿（以下簡稱紙改漿）。但受制于反應性能不佳的問題，大部分紙改漿只能部分替代溶解漿應用于黏膠纖維的生產。因此，采用各種手段提高溶解漿反應性能就十分重要，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，也可為紙改漿提供一條新的技術路徑。獲獎論文的研究結果表明，纖維素酶處理可以將紙改漿的Fock 反應性能從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，當時設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：關于這篇論文所涉及的課題的提出，要非常感謝我的博導倪永浩老師。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性能，我讀博期間在這個項目的基礎上圍繞提升溶解漿質量，主要是提升纖維素純度和反應性能兩個方面，做了相對系統(tǒng)的擴大研究，包括溶解漿反應性能的表征方法、改善溶解漿反應性能的方法和機理、冷/ 熱堿抽提提高纖維素純度等內容。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、酶的選用等內容，目的是讓這些研究更加貼近生產實際。這篇論文所介紹的主要是用酶處理來改善溶解漿反應性能的部分，此外還有關于機械和物理處理方法的研究在其他論文中發(fā)表。當然，從實際應用角度來講，經過研究比較之后，認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用研究，目前沒有涉及太深入的機理研究。當然這并不意味著我看低這項研究的意義，重大技術革新與點點滴滴的技術改進對產業(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生什么影響？

田超：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)中相關研究相對較少。

這個課題的主要內容還是比較容易理解的。首先，厘清了什么是溶解漿的反應性能，及其主要影響因素。簡單來說，在黏膠纖維生產中，反應性能是特指與二硫化碳發(fā)生黃化反應的能力，其主要決定因素是纖維素的可及度。提高溶解漿反應性能的方法有很多，但每種方法在應用時都存在一些難度，有可能引起溶解漿的多個指標之間的聯(lián)動反應。例如，降低聚合度在提高反應性能的同時，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，此外還要考慮經濟上的可行性。

如果以Fock 測試來衡量的話，市場上的預水解硫酸鹽溶解漿的反應性能普遍在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水解硫酸鹽溶解漿的Fock 反應性能從45% 提高至接近90%，也就是達到酸法漿的水平。當然這并不具有典型的應用意義，因為還需要考慮應用場景和成本要求，但探索出了技術上的可能性。反應性能改善對下游用戶——也就是黏纖生產的影響是，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，提高成絲質量和生產效率，優(yōu)點是顯而易見的。正因為如此，雖然在溶解漿國標中并沒有規(guī)定反應性能的標準，但實際上在黏纖廠和溶解漿廠反應性能都是必測、必報的核心指標。

《造紙信息》：我們知道，由于國內的溶解漿需求和供應之間有比較大的缺口，在一些比較特殊的價格或者供求關系條件下，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容。請您介紹一下，這類紙改漿與直接生產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聯(lián)性？以堿抽提為基礎的紙改漿工藝是否有進一步擴大應用的可能性，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原理。在一些纖維素化學的權威著作中提到，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為是純物理過程，發(fā)生的化學反應很少；對含有比較多六碳糖類半纖維素的紙漿，當然就是指針葉木漿，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 型轉變?yōu)榉磻�性能更差的II 型纖維素，第二再次干燥時由于“雜質”的流失會形成更加緊密的氫鍵結合，也就是常說的角質化。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提供了一種新的選擇，在溶解漿需求缺口明顯的情況下應該是受歡迎的；對傳統(tǒng)的化學紙漿生產者來說，也意味著可以通過紙改漿實現(xiàn)產品線的延伸，而不必建設專門的溶解漿生產線。但是既然沒有大規(guī)模發(fā)展起來，說明這個技術路線還存在一些問題。我個人的看法是，還沒有解決技術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、并且也存在經濟性的問題，不回收時廢液也要有相應的去處。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，比如結合制漿生產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用到實踐中轉化為生產力。請介紹一下，酶處理改善溶解漿性能這一課題，目前是否已經有實踐中的應用。在成果轉化方面，這類課題整體處于什么階段？您負責的這項研究，處于什么階段？如果將成果轉化設定為目標的話，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都是指向應用�？梢哉f，這個技術本身已經比較成熟了，隨時可以投入生產應用，只要根據(jù)溶解漿產品要求調整好酶的構成和使用條件，在生產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性能的做法，國外的溶解漿企業(yè)已經投入了實際應用。我也在跟國內一些溶解漿企業(yè)介紹這項技術，希望能夠盡快實現(xiàn)應用。當然，這項技術在國內推廣并不容易，不是技術的問題，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/t 漿，但是由于國外企業(yè)有明顯的原料成本優(yōu)勢，所以應用相對容易，而國內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)比較看重技術上的領先優(yōu)勢，即便產品質量合格，也不斷追求質量改進，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先一步，實際上還是需求導向的差異，要看研究是解決存量問題還是引領技術發(fā)展。

《造紙信息》：您對獲獎論文課題中的現(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”，同樣都是內切葡萄糖酶（或以內切葡萄糖酶為主）、用量相當，處理之后效果差異很大，說明可能還要深入探究酶產品的差異，比如活化效果是否與產酶的菌種、內切葡萄糖酶之外的其他組分相關等；第二，對機理的研究還不夠，例如聚合度、半纖維素含量、孔隙結構、結晶結構這些表觀性能與反應性能的定性關系是確定的，但各自的影響權重還未能完全掌握，這涉及到應用過程中應該首先調控哪些參數(shù)、調控的限度；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，目前的研究結論、效果在其他溶解漿體系中的效果如何，我和同事們已經開始了一些在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，將來作為基礎原料獲得更廣泛應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性能、可及度研究，都會給將來更好、更廣泛地利用化學紙漿、溶解漿粕這些纖維素原料提供理論和技術參考，所以我覺得這個課題還是很有意義的，也就是我認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。

責任編輯：葛鴻燕

校對：葛鴻燕