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科技赋能造纸工艺

来源:  发布时间:2024-02-01

——记制浆造纸工程国家重点实验室

  

  202311月,首届文献保护与文化传承学术研讨会在华南理工大学五山校区举办。会议通过多视角、深层次、跨领域的互动交流,充分展示了纸质文献抢救性保护、整理研究和出版利用等的新近研究成果和实践经验,共同探索新时代下文献保护与文化传承新路径、新模式,以更高站位、更大格局、更实举措,推动文献保护与文化传承事业多领域融合、高质量发展,推动中华优秀传统文化创造性转化、创新性发展。会议由广州市社会科学界联合会、华南理工大学联合主办,而在众多文化领域的承办方中,制浆造纸工程国家重点实验室的名字令人眼前一亮。


让古籍“延年益寿”


  纸是中华优秀传统文化的重要载体,纸质文献保护是文化传承的重要基础。制浆造纸工程国家重点实验室(以下简称“实验室”)是我国轻工业领域唯一的国家重点实验室,在全球造纸科技创新竞争力排行榜中一直稳居前三。实验室自建室起,就组建了由80%党员组成的古籍保护与利用研究团队,面向我国文献保护创新技术需求,主攻纸质文献原生性保护对策、纸质文献利用技术服务、当代重要文献预防性保护对策三大方向,持续推动古籍保护关键技术突破和修复设备研发。

  经过多年的发展,实验室古籍保护与利用研究团队创新了文献保护新方法,开发了多种脱酸与增强材料、纸质文献脱酸增强系列智能化批量化装备和多种耐保存专用纸,为我国的纸质文献保护提供了强有力的技术支撑、政策建议和人才储备,也为红色党史文献的保护利用提供科技支撑。科研成果应用于《广州大典》、孙中山大元帅府等文献保护,服务于红色甲工等党史重要文献保护修复,让古籍“重获新生”;特别是自主研制的整本书超声雾化法式脱酸增强装置,实现了纸质文献快速批量智能化修复保护处理,为国家文献保护与文化传承事业增彩添辉贡献了智慧和力量。


以植物纤维分离、转化和利用为特色


  实验室于19896月经原国家计委批准建设,199511月建成并通过国家验收,19962月正式向国内外开放运行。在国家科技部、教育部的领导和支持下,实验室依托华南理工大学“轻工技术与工程”国家重点一级学科和“制浆造纸工程”及“化学工程”两个国家重点二级学科,围绕制浆造纸学科前沿及我国制浆造纸工业当前环境、资源、效率等问题的重大需求,以植物纤维分离、转化和利用为特色,以应用基础研究为重点,强调学科交叉与渗透,不断凝练研究方向,形成了生物质资源利用分子工程、绿色造纸关键技术与智能化、高性能纸基与生物质材料3个研究方向。

  其中,生物质资源利用分子工程方向的主要研究内容是植物纤维原料数据库、生物质资源分子利用机制、生物质分子高效定向转化;绿色造纸关键技术与智能化方向的主要研究内容是制浆造纸清洁生产关键技术与装备、造纸生物工程与装备、造纸过程智能化与工业4.0;高性能纸基与生物质材料方向的主要研究内容是高性能纤维纸基过滤吸附材料、纸基蜂窝轻量化材料、生物质高分子材料、票证用特殊纸膜材料、生物质基绿色包装材料。

  实验室旨在解决制约我国制浆造纸工业可持续发展的节能理论与途径、水循环利用和节水理论与技术、循环经济理论与模式、生物质组分综合转化高附加值化学品、新能源和新材料的化学化工基础、造纸工业关键装备研制及系统信息化、高性能纸基功能材料制备等领域的重要科学技术问题,实现植物纤维资源高效利用,以及工业利用过程中的绿色制造。


高水平队伍和平台


  实验室十分重视优秀中青年的培养,主要措施包括:学术带头人热情传授、严格要求、重点培养;提供良好工作条件、营造浓厚学术氛围;工作中赋予重任、经费优先重点支持;创造学习机会,支持参加国际会议及出国进修;特聘教授岗位、骨干教授岗位向中青年倾斜。培养了一批包括国家杰出青年基金获得者、国家自然科学基金优秀青年科学基金获得者、教育部新世纪优秀人才支持计划入选者、科技创新创业人才等在内的优秀中青年骨干。

  实验室拥有国内一流的制浆造纸实验与检测平台,实验室建筑面积超15000平方米。实验仪器涵盖制浆、洗筛、漂白、打浆、抄纸、压榨、涂布、烘干、微纳米纤维制备等制浆造纸全过程,以及延伸发展的纸基功能材料、生物质材料制备过程;实验室配备国际先进的各类制程品、成品质量性能检测分析仪器,满足国际标准化组织(ISO)等各类标准的检测需求。实验室对所有仪器设备进行统一管理、专管共用,对国内外所有研究机构、高校及大型企业全面开放,为制浆造纸及相关学科的教学和高水平科学研究提供了强有力的平台支撑。

  实验室坚持“开放、流动、联合、竞争”的运行机制和“科学、规范、公平、公开”的运行宗旨。经过30多年的建设和发展,实验室已拥有一支结构合理、在国际学术界具有较强竞争力的高水平学术梯队,拥有先进的仪器设备和管理科学规范的开放共享平台,成为我国制浆造纸领域科学研究、人才培养和高水平学术交流的国家级重要基地。


创新科技助力产业发展


  在2023年,实验室研究团队主持、参与的4项研究成果获得了2022年度中国轻工业联合会科技奖。“基于短程低耗的造纸工业废水处理及资源化全套技术与装备”获技术发明奖一等奖;“基于低碳理念的多层共挤吹塑薄膜自增强制造技术及应用”获技术发明奖一等奖;“生物质基绿色化学品及其产业化应用关键技术”获技术发明奖二等奖;“林木废弃纤维绿色高效高值利用关键技术及产业化”获科技进步奖二等奖。

  其中,“基于短程低耗的造纸工业废水处理及资源化全套技术与装备”项目为实验室研究团队主持,向我国环境保护技术的重点和难点——造纸工业废水的低碳处理技术发起了挑战。

  造纸废水处理技术流程长、费用高,废水中的细小纤维在废水处理时形成的大量废渣无法有效利用。废水处理过程主要采用人工或比例积分微分控制(PID控制),不适用于造纸废水的水质水量非线性和时变性的要求,导致处理系统稳定性差、效率低。针对这些问题,项目团队围绕造纸工业废水中难降解有机污染物深度处理、造纸固废资源化利用和处理过程的智能化控制等科学技术问题,开展了持续系统的理论和技术创新性研究。集成构建了以“乙醇型厌氧-共氧化-PS无酸高级氧化-废渣利用”为核心的造纸废水处理全套智能化技术与装备,实现了造纸污染短程低耗控制技术的升级换代,部分技术成果填补国内外技术空白,达到国际领先水平,实现造纸工业废水短程低耗处理和资源化利用,大大提高了消除造纸废水污染的效率。目前,项目技术已在全国十多个省的大中型造纸企业推广应用,创造了我国造纸工业污染控制技术的多个第一,产生了显著的社会经济和环境效益,为支撑我国造纸工业的绿色可持续发展、保护流域的水环境安全作出了重要贡献。
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2024年4月

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