生物技術(shù)在制漿造紙工業(yè)的應用與研究進展

王亞靜 張美芳

[摘? ? 要]造紙行業(yè)屬于技術(shù)密集型企業(yè)，涉及到多個學科知識和專業(yè)技術(shù)。從生產(chǎn)的角度來說，造紙行業(yè)需要投入的資金成本過高，造紙企業(yè)通常都是規(guī)模較大的產(chǎn)業(yè)，這樣才能保障經(jīng)濟利潤的提升。造紙對于原材料有著一定的依賴性，從目前我國的制漿造紙企業(yè)來看，雖然實現(xiàn)了對造紙技術(shù)的更新和完善，但是在設(shè)備使用情況、污染防治等方面仍然存在一定的漏洞，將生物技術(shù)應用在其中是現(xiàn)階段的一個發(fā)展趨勢。本篇文章通過對現(xiàn)代化制漿造紙的流程進行闡述，分析生物技術(shù)的特點和優(yōu)勢，從而就生物技術(shù)在制漿造紙工業(yè)中的應用進行探討，并且展望它的未來應用發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]生物技術(shù);制漿造紙工業(yè);應用前景

[中圖分類號]TS74 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）12–00–03

[Abstract]The paper industry is a technology intensive enterprise， which involves multi-disciplinary knowledge and professional technology. From the perspective of production， the capital cost of paper industry is too high， and paper enterprises are usually large-scale industries， so as to ensure the improvement of economic profits. Papermaking has a certain dependence on raw materials. From the current situation of China's pulp and paper enterprises， although they have achieved the updating and improvement of papermaking technology， there are still some loopholes in the use of equipment， pollution prevention and control， etc.， and the application of biotechnology in it is a development trend at this stage. In this paper， through the elaboration of modern pulp and paper process， the characteristics and advantages of biotechnology are analyzed， so as to discuss the application of biotechnology in pulp and paper industry， and look forward to its future application and development.

[Keywords]biotechnology; pulp and paper industry; application prospect

制漿造紙是現(xiàn)代造紙企業(yè)進行紙張加工生產(chǎn)的主要方式，從工藝上看，它可以分為制漿和造紙兩個方面。制漿過程主要是提取植物纖維原料，通過機械法、化學法等手段分解為紙漿的過程。造紙過程則是通過打磨、加膠填充等方式將紙漿變成紙張的狀態(tài)。造紙是起源于我國的工藝技術(shù)，傳統(tǒng)造紙技術(shù)的工藝流程比較復雜，涉及到的技術(shù)較多，需要耗費大量的時間和精力。在現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展下，造紙工藝與過去相比實現(xiàn)了各個環(huán)節(jié)上的簡化，并且引入了全新的生產(chǎn)設(shè)備以及原料進行操作，形成了一種集成化和系統(tǒng)化的生產(chǎn)模式，實現(xiàn)了專業(yè)上的創(chuàng)新和優(yōu)化，尤其是生物技術(shù)的應貫穿于造紙的整個加工流程，包括原料提取、漂白、脫墨等環(huán)節(jié)，使得制漿造紙在效率和質(zhì)量上得到了相應的發(fā)展。

1 現(xiàn)代制漿造紙的基本流程

1.1 制漿過程

制漿是造紙生產(chǎn)中的第一步，主要是將原材料轉(zhuǎn)化為漿料的過程，一般情況下，它可以分為機械法、化學法以及化學機械結(jié)合的方法。機械法制漿是利用機械設(shè)備對原料進行旋轉(zhuǎn)摩擦使其變成預期性狀的一種方式。它需要根據(jù)實際情況選擇合適的方法，包括磨石磨木漿、褐色磨木漿以及盤磨機械漿等，盡量提高紙漿的純凈度，再經(jīng)過篩選、沉淀等方法對其進行凈化。化學法制漿是指在原材料中摻入相應的化學藥劑，包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等和化學藥劑等，使其發(fā)生不同的化學反應，從而得到特定性能的紙漿。化學藥劑在選擇的過程中需要結(jié)合原料的特點，通常來說包括減法制漿以及亞硫酸鹽制漿兩種類型。在完成蒸煮等反應后，同樣需要進行凈化工作。化學機械制漿是結(jié)合二者之間的優(yōu)點，通過化學藥劑對原料進行軟化等工作，然后進行機械加工，這樣可以提高它的工作效率和質(zhì)量，滿足性能上的要求。在時代的發(fā)展下，生物技術(shù)逐漸應用在制漿過程中，并且起到了不同的作用。

1.2 造紙過程

紙料調(diào)制是造紙的關(guān)鍵部分，它與紙張的強度和色調(diào)有著直接的關(guān)系。首先，工作人員需要在調(diào)制之前先將之前制造的漿料進行分解和離散，控制它的酸堿度，使其在特定濃度下與水混合形成符合造紙要求的原料。其次，將漿料與水的混合物進行機械處理，在打漿機等設(shè)備的幫助下進行打磨，提高漿料中的纖維細度以及纖維表面分絲帚化的程度，提高紙張的強度以及不透明度。另外，可以在已經(jīng)調(diào)制好的漿料中進行膠粘劑的添加或者充填一些材料，使其可以滿足在性能方面的需求。將稀釋的漿料經(jīng)過脫水、干燥、壓光等操作后，使其保持完整的紙張狀態(tài)，在此過程中可以采用機械力的方式壓出其中的水分，最后對其進行裁剪、包裝等工作。這屬于現(xiàn)代化的造紙流程。

2 生物技術(shù)的特點以及應用優(yōu)勢

2.1 生物技術(shù)的特點

生物技術(shù)具有一定的綜合性，它是在一定基礎(chǔ)上對生物體進行研究，從中提取出有用的物質(zhì)和技術(shù)，來滿足社會的發(fā)展要求，為人們提供更舒適的生活環(huán)境。近年來，在現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展下，生物技術(shù)的研究和應用非常迅猛，包括蛋白質(zhì)工程、生化工程以及酶工程等都取得了不同的進步。通過生物技術(shù)的應用，在一定程度上改善了傳統(tǒng)工藝帶來的弊端，并且實現(xiàn)了能源以及環(huán)保等方面的邁步，是人們非常關(guān)注的一個話題。生物技術(shù)是以改造生物體或者加工生物原料作為研究的前提，將生物與各行各業(yè)聯(lián)系在一起，開拓了一個全新的領(lǐng)域，它涉及到分子生物學、遺傳學以及生物化學等多種學科，在一定程度上代表了人類文明的發(fā)展。在如今，有關(guān)部門更是將生物技術(shù)、信息技術(shù)等結(jié)合到一起，實現(xiàn)現(xiàn)代生物技術(shù)的創(chuàng)新，將其運用到加工、制造等行業(yè)中，取得了不同程度的進步。

2.2 生物技術(shù)在制漿造紙工業(yè)的應用優(yōu)勢

在傳統(tǒng)的制漿造紙工業(yè)中，化學制漿方法是非常普遍的，但是在實際的操作過程中，它所排放出的污水中含有大量的COD、BOD、SS等有害物質(zhì)，對于環(huán)境有著一定的傷害，在生物技術(shù)的應用下，它對制漿過程進行了全面創(chuàng)新，可以實現(xiàn)清潔型紙漿生產(chǎn)線的建設(shè)，通過生物分解的方式對原材料進行相應的優(yōu)化，從而達到理論上的“零污染”情況，有效地解決了造紙過程中產(chǎn)生的工業(yè)污染等問題。另一方面來說，生物技術(shù)在制漿造紙工業(yè)中的應用，可以提高紙漿的性能，包括耐折性、強度等。同時，生物制漿已經(jīng)逐漸形成了一種環(huán)保項目，它可以與化學制漿方法結(jié)合到一起，有效的低生產(chǎn)成本，提高能源利用率，用一些生物原料替代了進口原料。此外，生物技術(shù)在造紙中的應用還形成了一條產(chǎn)業(yè)鏈，并且加入了扶貧項目中，有效地提高了農(nóng)作物的應用范疇，需要有關(guān)人員對此大力推廣。

3 生物技術(shù)在制漿造紙工業(yè)中的具體應用

3.1 生物技術(shù)在制漿中的應用

3.1.1 原材料處理中的應用

在傳統(tǒng)的制漿過程中，一般都是通過機械加工的方式獲得纖維狀的物質(zhì)，但是這種機械剝皮的方式能耗較高，容易造成纖維物質(zhì)的損失，在生物技術(shù)的應用下，可以通過生物酶、果膠酶、半纖維素酶對植物原料進行處理，它們的酶分解技術(shù)可以在一定程度上起到催化作用，降低纖維中的活化性能，使得原材料中纖維之間的作用力降低，在這種情況下，再通過機械設(shè)備進行處理，可以有效提高它的工作效率，提高纖維的處理量，而且如今在科學技術(shù)的發(fā)展下，可以加強過程中的調(diào)節(jié)控制，使得生物體更加適應環(huán)境的變化，將生物反應過程維持在一個良好的狀態(tài)下，提取活性物質(zhì)。

3.1.2 在化學制漿中的應用

在傳統(tǒng)的化學制漿中，通常來說都是通過蒸煮的方式將原料制作成紙漿，可以將化學藥劑與原料中的木素在一定的條件下發(fā)生化學反應，從而去除纖維中的雜質(zhì)，達到預期的性能。但是在發(fā)生反應的過程中，往往達不到預期的效果，還有一些木素仍然保留在纖維中，這種情況下可以將生物技術(shù)應用在制作的過程中，利用微生物的方法減少化學藥品在過程中的用量，實現(xiàn)制漿過程中的完整反應，滿足紙張在制造過程中的性能要求。通過生物酶等一些真菌的運用，實現(xiàn)對原材料的加速反應，可以有效提高材料的利用率。例如白腐菌就是在造紙過程中常用的一種生物真菌，它可以實現(xiàn)對木質(zhì)素的預處理，有效提高化學藥劑與纖維之間的反應效率，在一定程度上保證最終產(chǎn)品在色度上的穩(wěn)定性，但是對于白腐菌來說，它的菌種篩選以及預處理時間是比較長的，在未來的發(fā)展中，有關(guān)部門還應該加強在這方面的研究和探索，從而實現(xiàn)大規(guī)模的應用。

3.1.3 在機械制漿中的應用

機械制漿過程中最大的損失就是能源的消耗，尤其是對于盤磨類機械制漿工藝來說，它的手法是比較粗糙的，在加工的過程中可能會導致原材料性能上的破壞，生物技術(shù)在機械制漿中的應用可以有效減少能源方面的損耗，提高紙漿的各種性能，使其達到一定的標準。在機械磨漿前將木片用木素降解菌處理，能降低機械制漿過程磨漿能耗，提高紙漿強度。在生物技術(shù)的應用下，機械制漿還可以對原料中的可溶性物質(zhì)進行控制，從而降低原木中的樹脂含量。

3.2 生物技術(shù)在漂白中的應用

紙漿漂白是造紙中的重要工藝，它是除去纖維材料物質(zhì)中所含的雜質(zhì)，使其變白的一個過程。在傳統(tǒng)的造紙工藝中，都會通過漂白粉、漂白劑的應用構(gòu)建相應的化學反應，但是這類漂白物質(zhì)屬于殺菌消毒劑的一種，可能會對工作人員的健康造成不同程度的影響，通過皮膚接觸甚至可能出現(xiàn)潰爛等情況，而且漂白粉在水的作用下具有強烈的腐蝕作用，它可能分解出次氯酸等酸性很高的物質(zhì)，產(chǎn)生嚴重的危險隱患。生物技術(shù)在漂白過程中的應用就是通過生物酶提高紙漿的穩(wěn)定性，同樣可以達到漂白粉的效果，而且它的過程更加安全。

3.3 生物技術(shù)在脫墨中的應用

一般來說，造紙過程中的脫墨都是通過脫墨劑實現(xiàn)纖維中的油墨分離，破壞油墨對于紙纖維的粘附力，可以實現(xiàn)對紙張的濕潤、滲透以及乳化等功能。現(xiàn)階段來說，在生物技術(shù)的應用下，可以通過生物酶脫墨劑的應用減少它的纖維損失，而且條件和反應過程更加溫和，有利于環(huán)保工作，它具有相應的綜合性，可以提高機械設(shè)備的運行效率，在使用過程中比較簡單。

3.4 生物技術(shù)在造紙廢水處理中的應用

對于生物技術(shù)來說，可以對制漿造紙過程中產(chǎn)生的廢水進行相應的處理。它是以生物分解為主，配合各種物理破解與機械破解交叉組合的復合工藝，可以有效實現(xiàn)對有害物質(zhì)的控制，形成分解、催化等反應過程。另外，生物技術(shù)在污水處理的過程中還可以實現(xiàn)良性循環(huán)，通過SR系列的復合功能菌進行相應的回收，實現(xiàn)合理的調(diào)控。

4 生物技術(shù)在制漿造紙工業(yè)中的發(fā)展

在未來的造紙技術(shù)研究過程中，有關(guān)人員還應該加大投資力度，從造紙企業(yè)的規(guī)模以及生產(chǎn)特點等方面出發(fā)，對生物技術(shù)進行具體的開發(fā)，實現(xiàn)不同種類生物體與生產(chǎn)過程的結(jié)合，并且在一定程度上降低造紙過程中的投資成本，實現(xiàn)各方面的合理應用，形成具體的生物生產(chǎn)流水線，達到封閉循環(huán)的效果，徹底改變造紙技術(shù)對于環(huán)境的污染。

5 結(jié)束語

制漿造紙工業(yè)與人們的生活有著密切的關(guān)系，它包括制漿、漂白以及脫墨等多種工藝流程，通過生物技術(shù)在生產(chǎn)過程中的應用，可以有效地提高紙張的性能，保障材料的利用率，減少能源的浪費。

參考文獻

[1] 張欣，張放，蔡慧，等.典型制漿造紙廠的CO2排放及碳強度的算法和分析[J].中國造紙學報，2019，34（1）：36-42.

[2] 郭彩云.ABB：譜寫制漿造紙工業(yè)數(shù)字化未來[J].造紙信息，2018（6）：11.

[3] 莫衛(wèi)林.造紙原料優(yōu)選及過程控制優(yōu)化策略比較研究[D].南京：南京林業(yè)大學，2018.

[4] 楊浩.制漿材主要成分的近紅外模型優(yōu)化與轉(zhuǎn)移研究[D].南京：南京林業(yè)大學，2018.

[5] 劉振華，梁川，郭彩云，等.制漿造紙行業(yè)科研熱點分析及預測[A].中國造紙學會：中國造紙學會，2018.

[6] 林曠野，安興業(yè)，劉洪斌.納米纖維素在制漿造紙工業(yè)中的應用研究[J].中國造紙，2018，37（1）：60-68.

[7] 張勇.小議生物技術(shù)在制漿造紙工業(yè)中的應用[J].科學中國人，2016（6）：13-14.