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。
获奖者心声
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
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。
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%。
《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：如前面所提到的，可能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
/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，例如聚合度、半纤维素含量、孔隙结构、结晶结构这些表观性能与反应性能的定性关系是确定的，但各自的影响权重还未能完全掌握，这涉及到应用过程中应该首先调控哪些参数、调控的限度；第三，目前的研究主要基于黏胶工艺，实际上纤维素的溶解方法正在不断发展，纤维素的反应性能和可及度本身就是一个更为宽泛的概念，目前的研究结论、效果在其他溶解浆体系中的效果如何，我和同事们已经开始了一些在NMMO-水溶解体系中的类似研究，还有很多工作要做。此外，纤维素作为一种天然高分子材料，将来作为基础原料获得更广泛应用的可能性正在增加。因此无论在黏胶工艺还是NMMO- 水溶解体系下的反应性能、可及度研究，都会给将来更好、更广泛地利用化学纸浆、溶解浆粕这些纤维素原料提供理论和技术参考，所以我觉得这个课题还是很有意义的，也就是我认为这个课题可以更宽、更深入、影响面更大的原因，所以研究肯定会继续进行下去。
责任编辑：葛鸿燕
校对：葛鸿燕
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