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實驗室大門。造紙術，是中國人引以為傲的古代四大發明之一。可惜，多年前，在人們心目中，造紙行業卻總是與污染聯系在一起。幸運的是，如今，中國造紙行業已經摘掉了“污染大戶”的黑帽。這背后，是華南理工大學制漿造紙工程國家重點實驗室陳克復院士團隊十年如一日的奮斗。 近日，記者走進該實驗室時獲悉，在科學家們的努力下，如今造紙不僅變得綠色環保，紙也早已突破印刷、生活、包裝等傳統用途，該實驗室發明的高科技含量的“紙”已用于制造飛機、高鐵的部件，令人對“紙”刮目相看。 曾經造紙業的污染高居榜首 紙是中國勞動人民長期經驗的積累和智慧的結晶。我國漢代就發明了以植物纖維為原料的紙張，迄今已經近二千年，為世界文化的交流和文明的發展做出了偉大貢獻。 造紙行業也是我國重要的基礎原材料產業，2011年，造紙業年產量約1億噸，占全球總產量的四分之一，居世界第一。但是當年，造紙業帶來的水污染問題卻十分嚴重。 陳克復院士回憶，2011年，造紙業廢水和COD排放量分別占全國工業排放總量的1/5和1/4，高居榜首。當年，國家連續四次發文，明確提出專項整治造紙等重點排污行業。 “一年內針對造紙等排污行業連發四次文，這是前所未有的。污染太厲害了，必須趕快解決這個問題。”陳克復說，2011年，國家有關部委要求他們盡快攻克造紙業的污染難題。 陳克復說：“我的導師生前曾對我說，中國造紙業的問題一個是污染，一個是設備落后，這兩個問題他一輩子都解決不了，希望我這一輩子來解決。”。 接受重任后，陳克復和團隊開始了十年如一日的科技攻關。“這期間，國家給了團隊很大的支持，我們團隊的許多人也以廠為家。” 十年攻關摘掉造紙業“污染大戶”帽子 經過近十年的潛心研究，陳克復和產學研結合科技團隊成功研發了覆蓋制漿造紙所有工藝過程的清潔生產與水污染控制10項關鍵技術及11項支撐技術，形成5套集成技術，并在現代化大型生產線實施產業化及推廣應用，構建了造紙業水污染全過程控制新模式。 其中，針對廢紙制漿堿性脫墨污染負荷重的難題，他們創新研發了廢紙制漿近中性脫墨技術和造紙廢水梯級循環回用技術，實現廢紙制漿水重復利用率大于95%，造紙水重復利用率大于90%，節約了新鮮水的用量，大幅減少廢水排放。 科技團隊研發的制漿造紙清潔生產與水污染全過程控制技術已在全國十多家大中型造紙企業的制漿造紙生產線上及末端廢水處理中應用。如今，該技術已推廣應用到廣東、廣西、河南、河北、安徽等地的制漿造紙企業。 采用陳克復院士科技團隊新技術的造紙企業，其清潔生產技術已達國際領先水平，單位產量廢水和COD排放指標遠優于歐盟標準。陳克復說：“有一家大型造紙企業的末端廢水處理站的排水口區域建成了濕地公園，成為當地一景，很多人在那里拍婚紗照，前去考察的專家感到非常震撼。” 就這樣，中國造紙業“污染大戶”的帽子被陳克復通過產學研結合所建立的科技團隊摘掉了。他們的新技術更為應用企業創造了巨大的經濟及環境效益，為造紙行業新舊動能轉換和綠色制造提供了示范。華南理工大學也以第一完成單位榮獲2019年度國家科技進步獎一等獎。 新技術對大灣區環境保駕護航 作為地處大灣區的國家重點實驗室，制漿造紙工程國家重點實驗室的成果也從多方面惠及大灣區。 陳克復說，粵港澳大灣區2020年紙和紙板產量達1900多萬噸，占全國15%左右，廣東省的產量則多達2400多萬噸，全國第一。實驗室的科研工作者都會向這些紙廠提供技術支持，歷年為紙廠培訓技術人員。 自2021年起，我國全面禁止固體廢物進口，造紙行業將面臨巨大的纖維原料缺口。廣東作為我國造紙第一大省，在廢紙零進口的新形勢下，更需要加快轉型升級，積極布局和提升新型綠色造紙，服務大灣區建設。 在這個過程中，陳克復院士團隊的技術持續為大灣區的環境“保駕護航”。 陳克復院士說，以往許多制漿造紙大廠依靠進口廢紙，現在國家規定禁止進口廢紙后，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。對此，陳克復說，早在2018年，他們團隊的技術就已被環保部納入《制漿造紙過程污染控制可行技術指南》，并在全行業進行推廣，在廣西新建的這些造制漿紙基地，都采用了這個技術指南，對環境是非常友好的。 陳克復說，隨著國內紙廠在海外投資建廠，他們的技術也走出了國門，走向了老撾、柬埔寨、哈薩克斯坦、白俄羅斯等國。 “紙”也能成為飛機、高鐵上的部件 如果說解決造紙行業污染，還屬于傳統造紙行業領域的問題，那么實驗室的一些研究觸角，則已伸向了傳統造紙行業之外。 在華南理工大學制漿造紙工程國家重點實驗室的一樓大廳內，有幾張桌子和幾個凳子，乍看上去，與其他桌凳區別不大，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，實驗室的老師見狀卻笑了：“放心！200斤的人坐上去都沒問題！” 實驗室教授、博導陳港說，如今，造紙不僅變得綠色環保，紙的用途也早已突破印刷、生活、包裝等傳統用途。 據了解，實驗室已經研發了一種高科技含量的“紙”，這種紙可以成為飛機、高鐵上面的部件，比如飛機的機翼、行李架、餐車，高鐵的頂板、地板、行李架等。因為這種“紙”不僅輕巧，而且它蜂窩狀的結構，還具有剛性強、阻燃、隔音的特點。 據介紹，這種高科技含量的“紙”也叫芳綸紙，屬于高性能紙基復合材料，是國家戰略新興產業重大工程的關鍵材料，過去曾長期依賴進口。 針對高性能紙基復合材料“卡脖子”技術，實驗室團隊在傳統植物纖維打漿設備的基礎上，創新發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、導電紙基材料和碳纖維紙等系列高性能紙基復合材料，為替代進口同類材料發揮重要作用。 目前，實驗室研發的芳綸紙相關技術作價6684萬，以技術入股的方式與中國中車時代新材共同設立合資公司，建設5000噸/年國際領先的高性能紙基復合材料生產線，年產值10億。該項目的主要成果也曾獲得2019年教育部科技進步獎一等獎。 造紙副產品變身為防曬劑 芳綸紙的名字中，還有一個“紙”字，但實驗室研發的另外一種東西，則跟高端化妝品扯上了關系。 據介紹，過去用植物造紙時，“有用”的成分是纖維素，而“沒用”的一種東西叫“木質素”。木質素是植物生物質的組分之一，是造紙工業的副產物，傳統利用木質素的方式，是送往堿回收爐作為原料燃燒，附加值較低。 實驗室的科學家們，通過調控木質素的分子結構，對其進行功能化改性，發明了木質素羧甲基化、羥丙基磺化、雙官能團醚化縮合等改性新技術，在國際上首次將木質素開發成廣譜長效防曬劑，并應用于高端日化領域。這大大開拓了木質素的高值化利用新途徑。 這些研究的相關成果獲得了中國發明專利授權30件，發表SCI/EI收錄論文103篇，通過省部級成果鑒定1項。關鍵技術在多家高新技術企業推廣應用，近三年累計生產改性木質素新增銷售額12.9億，新增利潤2.6億。 研發生物質塑料替代一次性塑料 今年旦起，隨著“最嚴限塑令”的實行，許多奶茶店的塑料吸管都變成了紙吸管。 目前，制漿造紙工程國家重點實驗室的科學家們也在為“減塑”而努力。 實驗室教授王小慧說，造紙行業是主要生物質能源的生產和利用行業之一。植物生物質本身具有多組分共存、結構復雜、難溶解、難加工的特點，因此目前生物質基材料在性能和成本上與傳統石油基材料相比尚不具有競爭優勢。實驗室發展了系列生物質分子均相改性的新方法，實現生物質分子氫鍵的解離與重構，以及衍生物聚集態結構的調控，建立生物質材料的構效關系。從天然木材原料出發，利用動態共價化學原理，結合熱壓工藝構建出輕質高強、綠色的生物質塑料。 何為生物質塑料？王小慧解釋說，日常生活中大家用到的塑料都是從石油加工而來的，但石油是不可再生資源，使用塑料是不可持續的，對環境也會造成污染。“我們用樹枝、樹葉、秸稈等為原料，通過對這些原料‘改性’，對它們的分子進行設計，讓這些原料的纖維能夠像塑料一樣進行熱加工，使其成為各種形狀，做成各種產品，這就叫生物質塑料。” 王小慧展望，這種生物質塑料是防水的，也可以100%閉環回收，循環利用。她說，未來這種生物質塑料可以在很多方面替代一次性塑料。 【實驗室名片】 制漿造紙工程國家重點實驗室依托華南理工大學建設，于1989年6月經原國家計委批準立項，1996年建成開放，是我國輕工領域唯一的國家重點實驗室。 自建設以來，實驗室在我國制漿造紙領域承擔50%以上的國家級科研任務、培養了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，在全球造紙科技創新競爭力排行榜中穩居前三，現已成為我國制漿造紙領域科學研究和人才培養的重要基地及國際學術交流中心。
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