實(shí)驗(yàn)室大門。造紙術(shù)，是中國(guó)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(yùn)的是，如今，中國(guó)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(xué)制漿造紙工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳克復(fù)院士團(tuán)隊(duì)十年如一日的奮斗。

　　近日，記者走進(jìn)該實(shí)驗(yàn)室時(shí)獲悉，在科學(xué)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(shí)驗(yàn)室發(fā)明的高科技含量的“紙”已用于制造飛機(jī)、高鐵的部件，令人對(duì)“紙”刮目相看。

　　曾經(jīng)造紙業(yè)的污染高居榜首

　　紙是中國(guó)勞動(dòng)人民長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)的積累和智慧的結(jié)晶。我國(guó)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(xiàn)。

　　造紙行業(yè)也是我國(guó)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(dāng)年，造紙業(yè)帶來(lái)的水污染問(wèn)題卻十分嚴(yán)重。

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

　　“一年內(nèi)針對(duì)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(gè)問(wèn)題。”陳克復(fù)說(shuō)，2011年，國(guó)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(fù)說(shuō)：“我的導(dǎo)師生前曾對(duì)我說(shuō)，中國(guó)造紙業(yè)的問(wèn)題一個(gè)是污染，一個(gè)是設(shè)備落后，這兩個(gè)問(wèn)題他一輩子都解決不了，希望我這一輩子來(lái)解決。”。

　　接受重任后，陳克復(fù)和團(tuán)隊(duì)開(kāi)始了十年如一日的科技攻關(guān)。“這期間，國(guó)家給了團(tuán)隊(duì)很大的支持，我們團(tuán)隊(duì)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(guò)近十年的潛心研究，陳克復(fù)和產(chǎn)學(xué)研結(jié)合科技團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)了覆蓋制漿造紙所有工藝過(guò)程的清潔生產(chǎn)與水污染控制10項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)及11項(xiàng)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(shí)施產(chǎn)業(yè)化及推廣應(yīng)用，構(gòu)建了造紙業(yè)水污染全過(guò)程控制新模式。

　　其中，針對(duì)廢紙制漿堿性脫墨污染負(fù)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(jí)循環(huán)回用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)廢紙制漿水重復(fù)利用率大于95%，造紙水重復(fù)利用率大于90%，節(jié)約了新鮮水的用量，大幅減少?gòu)U水排放。

　　科技團(tuán)隊(duì)研發(fā)的制漿造紙清潔生產(chǎn)與水污染全過(guò)程控制技術(shù)已在全國(guó)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(yīng)用。如今，該技術(shù)已推廣應(yīng)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(fù)院士科技團(tuán)隊(duì)新技術(shù)的造紙企業(yè)，其清潔生產(chǎn)技術(shù)已達(dá)國(guó)際領(lǐng)先水平，單位產(chǎn)量廢水和COD排放指標(biāo)遠(yuǎn)優(yōu)于歐盟標(biāo)準(zhǔn)。陳克復(fù)說(shuō)：“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(dāng)?shù)匾痪埃芏嗳嗽谀抢锱幕榧喺眨叭タ疾斓膶＜腋械椒浅Ｕ鸷场?rdquo;

　　就這樣，中國(guó)造紙業(yè)“污染大戶”的帽子被陳克復(fù)通過(guò)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合所建立的科技團(tuán)隊(duì)摘掉了。他們的新技術(shù)更為應(yīng)用企業(yè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)及環(huán)境效益，為造紙行業(yè)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換和綠色制造提供了示范。華南理工大學(xué)也以第一完成單位榮獲2019年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

　　新技術(shù)對(duì)大灣區(qū)環(huán)境保駕護(hù)航

　　作為地處大灣區(qū)的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，制漿造紙工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的成果也從多方面惠及大灣區(qū)。

　　陳克復(fù)說(shuō)，粵港澳大灣區(qū)2020年紙和紙板產(chǎn)量達(dá)1900多萬(wàn)噸，占全國(guó)15%左右，廣東省的產(chǎn)量則多達(dá)2400多萬(wàn)噸，全國(guó)第一。實(shí)驗(yàn)室的科研工作者都會(huì)向這些紙廠提供技術(shù)支持，歷年為紙廠培訓(xùn)技術(shù)人員。

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

　　在這個(gè)過(guò)程中，陳克復(fù)院士團(tuán)隊(duì)的技術(shù)持續(xù)為大灣區(qū)的環(huán)境“保駕護(hù)航”。

　　陳克復(fù)院士說(shuō)，以往許多制漿造紙大廠依靠進(jìn)口廢紙，現(xiàn)在國(guó)家規(guī)定禁止進(jìn)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(duì)此，陳克復(fù)說(shuō)，早在2018年，他們團(tuán)隊(duì)的技術(shù)就已被環(huán)保部納入《制漿造紙過(guò)程污染控制可行技術(shù)指南》，并在全行業(yè)進(jìn)行推廣，在廣西新建的這些造制漿紙基地，都采用了這個(gè)技術(shù)指南，對(duì)環(huán)境是非常友好的。

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

　　“紙”也能成為飛機(jī)、高鐵上的部件

　　如果說(shuō)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(wèn)題，那么實(shí)驗(yàn)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(xué)制漿造紙工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的一樓大廳內(nèi)，有幾張桌子和幾個(gè)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(shí)驗(yàn)室的老師見(jiàn)狀卻笑了：“放心！200斤的人坐上去都沒(méi)問(wèn)題！”

　　實(shí)驗(yàn)室教授、博導(dǎo)陳港說(shuō)，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(shí)驗(yàn)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(jī)、高鐵上面的部件，比如飛機(jī)的機(jī)翼、行李架、餐車，高鐵的頂板、地板、行李架等。因?yàn)檫@種“紙”不僅輕巧，而且它蜂窩狀的結(jié)構(gòu)，還具有剛性強(qiáng)、阻燃、隔音的特點(diǎn)。

　　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(fù)合材料，是國(guó)家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)重大工程的關(guān)鍵材料，過(guò)去曾長(zhǎng)期依賴進(jìn)口。

　　針對(duì)高性能紙基復(fù)合材料“卡脖子”技術(shù)，實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)在傳統(tǒng)植物纖維打漿設(shè)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(dǎo)電紙基材料和碳纖維紙等系列高性能紙基復(fù)合材料，為替代進(jìn)口同類材料發(fā)揮重要作用。

　　目前，實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的芳綸紙相關(guān)技術(shù)作價(jià)6684萬(wàn)，以技術(shù)入股的方式與中國(guó)中車時(shí)代新材共同設(shè)立合資公司，建設(shè)5000噸/年國(guó)際領(lǐng)先的高性能紙基復(fù)合材料生產(chǎn)線，年產(chǎn)值10億。該項(xiàng)目的主要成果也曾獲得2019年教育部科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

　　造紙副產(chǎn)品變身為防曬劑

　　芳綸紙的名字中，還有一個(gè)“紙”字，但實(shí)驗(yàn)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(guò)去用植物造紙時(shí)，“有用”的成分是纖維素，而“沒(méi)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(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們，通過(guò)調(diào)控木質(zhì)素的分子結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)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(tuán)醚化縮合等改性新技術(shù)，在國(guó)際上首次將木質(zhì)素開(kāi)發(fā)成廣譜長(zhǎng)效防曬劑，并應(yīng)用于高端日化領(lǐng)域。這大大開(kāi)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(guó)發(fā)明專利授權(quán)30件，發(fā)表SCI/EI收錄論文103篇，通過(guò)省部級(jí)成果鑒定1項(xiàng)。關(guān)鍵技術(shù)在多家高新技術(shù)企業(yè)推廣應(yīng)用，近三年累計(jì)生產(chǎn)改性木質(zhì)素新增銷售額12.9億，新增利潤(rùn)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“嚴(yán)限塑令”的實(shí)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們也在為“減塑”而努力。

　　實(shí)驗(yàn)室教授王小慧說(shuō)，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(fù)雜、難溶解、難加工的特點(diǎn)，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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)室發(fā)展了系列生物質(zhì)分子均相改性的新方法，實(shí)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(dòng)態(tài)共價(jià)化學(xué)原理，結(jié)合熱壓工藝構(gòu)建出輕質(zhì)高強(qiáng)、綠色的生物質(zhì)塑料。

　　何為生物質(zhì)塑料？王小慧解釋說(shuō)，日常生活中大家用到的塑料都是從石油加工而來(lái)的，但石油是不可再生資源，使用塑料是不可持續(xù)的，對(duì)環(huán)境也會(huì)造成污染。“我們用樹(shù)枝、樹(shù)葉、秸稈等為原料，通過(guò)對(duì)這些原料‘改性’，對(duì)它們的分子進(jìn)行設(shè)計(jì)，讓這些原料的纖維能夠像塑料一樣進(jìn)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(shuō)，未來(lái)這種生物質(zhì)塑料可以在很多方面替代一次性塑料。

　　【實(shí)驗(yàn)室名片】

　　制漿造紙工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室依托華南理工大學(xué)建設(shè)，于1989年6月經(jīng)原國(guó)家計(jì)委批準(zhǔn)立項(xiàng)，1996年建成開(kāi)放，是我國(guó)輕工領(lǐng)域唯一的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

　　自建設(shè)以來(lái)，實(shí)驗(yàn)室在我國(guó)制漿造紙領(lǐng)域承擔(dān)50%以上的國(guó)家級(jí)科研任務(wù)、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(jìng)爭(zhēng)力排行榜中穩(wěn)居前三，現(xiàn)已成為我國(guó)制漿造紙領(lǐng)域科學(xué)研究和人才培養(yǎng)的重要基地及國(guó)際學(xué)術(shù)交流中心。