论文部分内容阅读
2017年12月1日，教育部科技发展中心正式公布了2017年度高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）的授奖项目结果。高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）分设自然科学奖、技术发明奖、科技进步奖、科技进步奖（推广类）和专利奖。
2017年共有320个项目获奖，其中，有3项造纸类项目获奖：华南理工大学与山东太阳纸业股份有限公司、山东华泰纸业股份有限公司共同完成的造纸行业清洁生产和末端治理相结合的水污染全过程控制集成技术项目获得科技进步奖一等奖：南京林业大学的木质纤维生物质生物炼制关键技术及应用项目获得技术发明奖二等奖：南京林业大学与金东纸业（江苏）股份有限公司、玖龙纸业（太仓）有限公司、山东晨鸣纸业集团股份有限公司共同完成的造纸节水与清洁生产关键技术及应用项目获得科技进步奖二等奖。本刊特别对部分获奖项目的获奖者进行了采访。
受访者：技术发明奖二等获得者翟华敏
获奖项目名称：木质纤维生物质生物炼制关键技术及应用
翟华敏教授和他的研究团队
《造纸信息》记者：首先恭喜您和您的团队的木质纤维生物质生物炼制关键技术及应用这一项目获得教育部2017年度高校科学研究优秀成果奖的技术发明奖！请您简单介绍一下，这个项目的主要内容是什么？主要包含哪项技术？
翟华敏教授：木质纤维素是自然界中最丰富的天然资源之一，近年在生产生物质能源、化学品和材料方面备受关注，但植物细胞壁全组分的逐级分离及其高值利用缺乏成功范例。深入地探讨并明确生物质细胞壁主要成分在预处理、转化和高值利用的各个环节中的机制，对实现各组分的有序溶出和开发其各自新的应用产品，具有重要的科学价值。本项目研发了木质纤维生物炼制中全组分有序溶出及利用的关键技术，主要包含：非木材绿色复合溶剂生物炼制技术；木质纤维生物质的全溶体系、组分再生及应用技术；生物炼制预处理关键技术及其在生物质燃油上的应用；纤维素基功能材料改性与制备关键技术。
《造纸信息》记者：生物质精炼是一项前沿技术，也是目前行业的热点项目，您这个项目获奖一定有其独到之处，请介绍一下。
翟华敏教授：我们拥有一支主要由海外回国人员，包括任浩、宋君龙、王志国、程金兰和马朴等组成的团队，自2008年以来，依托国家“973”计划、国家自然科学基金、江苏省重大科技支撑项目、江苏省自然科学基金、江苏省省属高校自然科学基金、国家林业公益性行业科研专项和国家林业局948项目等国家、省部级科研项目20余项，以木质纤维生物质炼制的各个关键科学问题为主要研究内容，在充分解析植物细胞壁组分的逐级高效分离的障碍及特点的基础上，针对木质纤维生物质原料种类的差异性，开发了分别针对纤维素、半纤维素、木质素的分离及利用的方法，解明了各组分在生物炼制的上游与酶、溶剂等的作用关系，解决了分离产物在生物炼制的下游与塑料等石油基高分子材料共混时界面相容性差的问题。在此基础上，建立了基于制浆技术的非木材绿色复合溶剂生物炼制技术，即高效分离纤维、木质素、半纤维素的复合有机酸可自给循环的非木材生物炼制技术。该技术受到多家公司的关注和重视。
《造纸信息》记者：结合这一项目的获奖，请您简单谈一下感想以及下一步在这方面的研究方向和打算？
翟华敏教授：科研需要十年磨一剑的精神、抓关键和构建系统的科学观念。目前我们聚焦于“非木材绿色复合溶剂生物炼制技术”工程化的相关工作；同时着眼于该体系分离出的纤维、木质素和半纤维素等的高值转化利用。这项工作技术性强，涉及多学科，需要政府、企业、有战略眼光的企业家携手协作，共同合作，我们期待更多的有识之士与我们一起推进这项有意义的工作。
受访者：科技进步奖二等奖获得者戴红旗
获奖项目名称：造纸节水与清洁生产关键技术及应用
《造纸信息》记者：戴老师您好！首先恭喜您和您的团队的造纸节水与清洁生产关键技术及应用这一项目获得教育部2017年度高校科学研究优秀成果奖的科技进步奖！请您简单介绍一下，这个项目的主要内容是什么？主要包含哪项技术？
戴红旗教授：自2002年以来，项目组一直致力于以节约资源（水资源、纤维原料）为目标，从过去的“治病模式”转移到“保健与防病模式”的造纸清洁生产理论与技术研究，在生产过程中阻止污染物产生、对存在的干扰物及时进行清理与控制，防止干扰物在造纸湿部系统中积累并发展成为危害性污染物，项目针对性创制了多个防止、阻止与控制污染物生成的新技术，并集成推广和应用于生产实践，实现了节水和减排的清洁生产目标。主要创新点：（1）创建了造纸白水中离子垃圾、DCS分离提纯和分析方法，成功从复杂成分污染物中分离与提纯出DCS；发现DCS主要为羧酸钙盐有机物，钙离子
戴红旗教授及其团队部分成员主要来自CaC03分解或电离，DCS主要来自分散剂及浆内施胶剂。（2）揭示并掌握了水溶性DCS、胶体性DCS与多价金属离子结合生成沉淀物和胶黏物的发展历程，进而逐步沉积或碰撞黏附发展成为污染物的机制。（3）发明了以下创新技术：CaC03颗粒表面包覆阳离子淀粉膜技术，有效阻隔CaCO1与酸性介质的直接接触，防止分解或电离产生Ca2+阳离子；Ca2+阳离子捕捉与纤维表面固着技术，消除和清理Ca2+等阳离子干扰物作用，对钙镁离子等转移带出率高达75%以上，在生产过程中软化白水，使白水循环回用率达到95%以上；纸机循环白水中DCS控制技术，能有效对DCS进行捕集与控制，净化与清洁白水；废弃淀粉改性与资源化利用技术，将废弃的淀粉改性成为阳离子淀粉增强剂，纸张强度提高15%、COD减少60%、白水回用率提高到98%以上。上述成果的推广应用整体提升了造纸工业清洁生产技术水平，促进了行业的技术进步，具有重大的经济、社会和环境效益。
《造纸信息》记者：项目参与单位中，除了南林业大学外，还有金东纸业、玖龙太仓、山东晨鸣，这是否意味着这一项目已经在这工厂有实际应用？或者是项目是针对这工厂实际生产中遇到的问题提出的？
戴红旗教授：因各个造纸生产企业机台、产品种类不同，在各个造纸生产企业采用的技术与取得的成效也不同。项目实施过程中，我们得到了合作单位的大力支持：（1）与金东纸业（江苏）股份有限公司合作，主要是开发了针对多价阳离子垃圾的控制与转移关键技术，在文化用纸生产过程中实现对白水的软化与净化，从源头上防止DCS干扰物与多价阳离子结合发展成为污染物。（2）与玖龙纸业（太仓）有限公司合作，针对工业包装纸生产白水中的溶解淀粉危害，开发了废弃淀粉在线改性与资源化利用技术，在生产过程中实现对废弃淀粉改性与利用，提高了循环回用白水质量及重复利用率。（3）与山东晨鸣纸业联合开发了聚纳米硅溶胶微粒及其助留助滤系统，有效降低了吨纸水耗。
《造纸信息》记者：结合这一项目的获奖，请您简单谈一下感想以及下一步在这方面的研究方向和计划？
戴红旗教授：众所周知，造纸湿部系统化学组成十分复杂，白水循环回用的程度越来越高，对湿部系统相关参数的跟踪十分重要。另外，造纸化学品的清洁也十分关键，其实造纸湿部系统污染物的积累与助剂本身的清洁程度关联密切。因此，要实现造纸清洁生产，原材料的清洁至关重要。
受限于技术及运行成本，实现造纸白水封闭循环回用的最后一公里路程是白水脱盐处理。造纸湿部白水中的固形物可以通过机械截留、高分子聚合物絮聚助留实现，白水中的多价金属阳离子垃圾可由清除剂控制，DCS阴离子垃圾由固着剂捕集与转移，但无机盐电解质只有通过反渗透膜处理，将无机盐电解质从白水中分离出去，将白水电导率控制在合适水平，消除无机盐电解质积累。
但造纸过程中白水量大，其中的水溶性低分子有机物、钙与硅干扰等会加速膜的污染，易产生浓差极化，导致膜孔堵塞而缩短使用寿命。在后续研究中，将着重从以下几个方面开展研究：
将研发的造纸清洁生产技术与高效膜分离技术有机结合，实现优势互补。其关键在于：在生产过程中通过清洁生产技术消除高价金属离子与有机干扰物的积累，通过膜分离技术从白水循环系统中分离出水溶性干扰物与无机盐电解质，实现造纸湿部系统清洁与净化，白水循环回用，并对膜分离出的所谓“污染物”進行资源化利用。
2017年共有320个项目获奖，其中，有3项造纸类项目获奖：华南理工大学与山东太阳纸业股份有限公司、山东华泰纸业股份有限公司共同完成的造纸行业清洁生产和末端治理相结合的水污染全过程控制集成技术项目获得科技进步奖一等奖：南京林业大学的木质纤维生物质生物炼制关键技术及应用项目获得技术发明奖二等奖：南京林业大学与金东纸业（江苏）股份有限公司、玖龙纸业（太仓）有限公司、山东晨鸣纸业集团股份有限公司共同完成的造纸节水与清洁生产关键技术及应用项目获得科技进步奖二等奖。本刊特别对部分获奖项目的获奖者进行了采访。
受访者：技术发明奖二等获得者翟华敏
获奖项目名称：木质纤维生物质生物炼制关键技术及应用
翟华敏教授和他的研究团队
《造纸信息》记者：首先恭喜您和您的团队的木质纤维生物质生物炼制关键技术及应用这一项目获得教育部2017年度高校科学研究优秀成果奖的技术发明奖！请您简单介绍一下，这个项目的主要内容是什么？主要包含哪项技术？
翟华敏教授：木质纤维素是自然界中最丰富的天然资源之一，近年在生产生物质能源、化学品和材料方面备受关注，但植物细胞壁全组分的逐级分离及其高值利用缺乏成功范例。深入地探讨并明确生物质细胞壁主要成分在预处理、转化和高值利用的各个环节中的机制，对实现各组分的有序溶出和开发其各自新的应用产品，具有重要的科学价值。本项目研发了木质纤维生物炼制中全组分有序溶出及利用的关键技术，主要包含：非木材绿色复合溶剂生物炼制技术；木质纤维生物质的全溶体系、组分再生及应用技术；生物炼制预处理关键技术及其在生物质燃油上的应用；纤维素基功能材料改性与制备关键技术。
《造纸信息》记者：生物质精炼是一项前沿技术，也是目前行业的热点项目，您这个项目获奖一定有其独到之处，请介绍一下。
翟华敏教授：我们拥有一支主要由海外回国人员，包括任浩、宋君龙、王志国、程金兰和马朴等组成的团队，自2008年以来，依托国家“973”计划、国家自然科学基金、江苏省重大科技支撑项目、江苏省自然科学基金、江苏省省属高校自然科学基金、国家林业公益性行业科研专项和国家林业局948项目等国家、省部级科研项目20余项，以木质纤维生物质炼制的各个关键科学问题为主要研究内容，在充分解析植物细胞壁组分的逐级高效分离的障碍及特点的基础上，针对木质纤维生物质原料种类的差异性，开发了分别针对纤维素、半纤维素、木质素的分离及利用的方法，解明了各组分在生物炼制的上游与酶、溶剂等的作用关系，解决了分离产物在生物炼制的下游与塑料等石油基高分子材料共混时界面相容性差的问题。在此基础上，建立了基于制浆技术的非木材绿色复合溶剂生物炼制技术，即高效分离纤维、木质素、半纤维素的复合有机酸可自给循环的非木材生物炼制技术。该技术受到多家公司的关注和重视。
《造纸信息》记者：结合这一项目的获奖，请您简单谈一下感想以及下一步在这方面的研究方向和打算？
翟华敏教授：科研需要十年磨一剑的精神、抓关键和构建系统的科学观念。目前我们聚焦于“非木材绿色复合溶剂生物炼制技术”工程化的相关工作；同时着眼于该体系分离出的纤维、木质素和半纤维素等的高值转化利用。这项工作技术性强，涉及多学科，需要政府、企业、有战略眼光的企业家携手协作，共同合作，我们期待更多的有识之士与我们一起推进这项有意义的工作。
受访者：科技进步奖二等奖获得者戴红旗
获奖项目名称：造纸节水与清洁生产关键技术及应用
《造纸信息》记者：戴老师您好！首先恭喜您和您的团队的造纸节水与清洁生产关键技术及应用这一项目获得教育部2017年度高校科学研究优秀成果奖的科技进步奖！请您简单介绍一下，这个项目的主要内容是什么？主要包含哪项技术？
戴红旗教授：自2002年以来，项目组一直致力于以节约资源（水资源、纤维原料）为目标，从过去的“治病模式”转移到“保健与防病模式”的造纸清洁生产理论与技术研究，在生产过程中阻止污染物产生、对存在的干扰物及时进行清理与控制，防止干扰物在造纸湿部系统中积累并发展成为危害性污染物，项目针对性创制了多个防止、阻止与控制污染物生成的新技术，并集成推广和应用于生产实践，实现了节水和减排的清洁生产目标。主要创新点：（1）创建了造纸白水中离子垃圾、DCS分离提纯和分析方法，成功从复杂成分污染物中分离与提纯出DCS；发现DCS主要为羧酸钙盐有机物，钙离子
戴红旗教授及其团队部分成员主要来自CaC03分解或电离，DCS主要来自分散剂及浆内施胶剂。（2）揭示并掌握了水溶性DCS、胶体性DCS与多价金属离子结合生成沉淀物和胶黏物的发展历程，进而逐步沉积或碰撞黏附发展成为污染物的机制。（3）发明了以下创新技术：CaC03颗粒表面包覆阳离子淀粉膜技术，有效阻隔CaCO1与酸性介质的直接接触，防止分解或电离产生Ca2+阳离子；Ca2+阳离子捕捉与纤维表面固着技术，消除和清理Ca2+等阳离子干扰物作用，对钙镁离子等转移带出率高达75%以上，在生产过程中软化白水，使白水循环回用率达到95%以上；纸机循环白水中DCS控制技术，能有效对DCS进行捕集与控制，净化与清洁白水；废弃淀粉改性与资源化利用技术，将废弃的淀粉改性成为阳离子淀粉增强剂，纸张强度提高15%、COD减少60%、白水回用率提高到98%以上。上述成果的推广应用整体提升了造纸工业清洁生产技术水平，促进了行业的技术进步，具有重大的经济、社会和环境效益。
《造纸信息》记者：项目参与单位中，除了南林业大学外，还有金东纸业、玖龙太仓、山东晨鸣，这是否意味着这一项目已经在这工厂有实际应用？或者是项目是针对这工厂实际生产中遇到的问题提出的？
戴红旗教授：因各个造纸生产企业机台、产品种类不同，在各个造纸生产企业采用的技术与取得的成效也不同。项目实施过程中，我们得到了合作单位的大力支持：（1）与金东纸业（江苏）股份有限公司合作，主要是开发了针对多价阳离子垃圾的控制与转移关键技术，在文化用纸生产过程中实现对白水的软化与净化，从源头上防止DCS干扰物与多价阳离子结合发展成为污染物。（2）与玖龙纸业（太仓）有限公司合作，针对工业包装纸生产白水中的溶解淀粉危害，开发了废弃淀粉在线改性与资源化利用技术，在生产过程中实现对废弃淀粉改性与利用，提高了循环回用白水质量及重复利用率。（3）与山东晨鸣纸业联合开发了聚纳米硅溶胶微粒及其助留助滤系统，有效降低了吨纸水耗。
《造纸信息》记者：结合这一项目的获奖，请您简单谈一下感想以及下一步在这方面的研究方向和计划？
戴红旗教授：众所周知，造纸湿部系统化学组成十分复杂，白水循环回用的程度越来越高，对湿部系统相关参数的跟踪十分重要。另外，造纸化学品的清洁也十分关键，其实造纸湿部系统污染物的积累与助剂本身的清洁程度关联密切。因此，要实现造纸清洁生产，原材料的清洁至关重要。
受限于技术及运行成本，实现造纸白水封闭循环回用的最后一公里路程是白水脱盐处理。造纸湿部白水中的固形物可以通过机械截留、高分子聚合物絮聚助留实现，白水中的多价金属阳离子垃圾可由清除剂控制，DCS阴离子垃圾由固着剂捕集与转移，但无机盐电解质只有通过反渗透膜处理，将无机盐电解质从白水中分离出去，将白水电导率控制在合适水平，消除无机盐电解质积累。
但造纸过程中白水量大，其中的水溶性低分子有机物、钙与硅干扰等会加速膜的污染，易产生浓差极化，导致膜孔堵塞而缩短使用寿命。在后续研究中，将着重从以下几个方面开展研究：
将研发的造纸清洁生产技术与高效膜分离技术有机结合，实现优势互补。其关键在于：在生产过程中通过清洁生产技术消除高价金属离子与有机干扰物的积累，通过膜分离技术从白水循环系统中分离出水溶性干扰物与无机盐电解质，实现造纸湿部系统清洁与净化，白水循环回用，并对膜分离出的所谓“污染物”進行资源化利用。