造纸工业范文精选

1纳米技术简介

(1)特殊的力学性质:常规陶瓷材料呈脆性，而纳米超微颗粒制成的纳米陶瓷材料具有良好的韧性，这是因为纳米超微颗粒制成的固体材料具有较大的界面，界面原子排列混乱，原子在外力变形条件下容易迁移，表现出一定的延展性。

(2)特殊的磁性:研究表明小尺寸超微粒子的磁性比大块材料强许多倍，当尺寸进一步减小时(小于6nm)时，其矫顽力反而又下降到零，表现出超顺磁性。利用这些特点，可制作高存储密度的磁记录粉，如磁带、磁盘、磁卡等。其次，表面效应－———表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减小而大幅度增加，由于表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性，易与其他原子相结合而稳定下来，故表现出很高的化学活性。第三:量子尺寸效应。第四:宏观量子隧道效应———它限定了磁带，磁盘进行信息储存的时间极限等。

2纳米技术在造纸工业的应用

纳米技术主要是纳米材料的应用，可使纸张的填料、胶料和色料的聚集状态发生很大的变化，导致无论是光学性能、力学性能、阻隔性能、润湿性、导电性、导光性等都发生超常的变化。和制浆造纸中有关的是纳米化学和纳米材料学，它可能会对造纸工业的发展造成新的飞跃，使印刷品的品质将再次提高。

2．1纳米技术在造纸行业原材料及制浆过程中的应用

1生物质精炼技术及综合林业生物质精炼工厂

工业革命以来,化石资源一直是人类的主要能源和化学品资源。然而地球上可利用的化石资源非常有限。乐观估计,石油资源(包括新发现的石油和油砂储量)将在100年内消耗殆尽。然而地球上的生物质资源其生产周期在1月到80年不等,相对于化石资源,却是可再生的,合理使用,可实现长期可持续性经营。可中列出了主要生物质的再生循环周期。地球上植物生物质或木质纤维素生物质(Ligno-cellulosicbiomass)总年生产量为1700亿吨,其中森林面积约占地球面积的9.5%、陆地面积的32%,年生产量最大,约为730亿吨,约占总的木质纤维素生物质的42.9%;其次是草类木质纤维素生物质,其年生产量为187亿吨,约占总木质纤维素生物质的11%。生物质精炼技术(BiorefineryTechnolo-gy)是最大化地利用生物质资源,将其转化为各种生物质产品和能源等技术,可实现生物质能源、生物质材料、生物质化学品、生物质燃料与生物质之间的可持续循环,是一项高效率、低成本、绿色无污染的技术;采取能量和碳元素的“捕捉-释放”的使用方式,不会额外增加大气环境的CO2排放量,减缓地球气温变暖速度,同时满足人们当前对化学品、材料和能源等各方面的需求,符合可持续发展的要求,目前主要包括生物发酵、提取分离、绿色制浆、热解、气化等技术。近年来,北美森林工业面临巨大的挑战,有多方面原因:高昂的能源费,不断增加的纤维成本,未得到充分更新的老化设备。北美森林工业的领导者们正在寻求创造性的措施以重振该工业,综合林业生物精炼工厂(IntegratedFor-estBiorefinery,IFBR)工厂对他们来说无疑是个很好的选择,过去的几年中呈现了勃勃生机。美国纽约州立大学环境科学与林业科学学院(SUNYESF)、缅因州州立大学化学与生物工程系等研究单位提出了IFBR的概念,对传统的漂白硫酸盐浆厂进行改变,使之不再仅仅局限于生产纸浆和与其相关的纸产品,还将生产具有更高附加值的生物产品,诸如乙醇、有机聚合物、碳纤维和内燃机燃料等。这种新型工厂将以木材为原料,生产出多种生物制品和能源。是SUNYESF提出的生物精炼工厂的流程图。中黑体表示的该工厂可能生产的产品或副产品。其主要特征如下:(1)在制浆前先从木片中抽提出半纤维素,再转化成乙醇和糖基聚合物,进一步生产各种化学品;(2)将黑液和树皮废料等生物质进行气化以提供能源(电力、蒸汽)和可制造燃液的合成气;(3)沉析出的木质素制取聚氨酯、胶粘剂、或表面活性剂等化学品;(4)保留生产本色纸浆或漂白木浆。传统制浆造纸企业是一些以大量生产传统产品,如纸浆、纸板或其他纤维素产品的企业,其特点是输入的原料量和化学品很多,所消耗的能源巨大,输出品单一,对生态环境的负面影响大。由于优良制浆造纸原料的短缺,石油等传统资源价格的持续上涨,劳动力成本的上升,以及全球化竞争所带来的巨大压力,传统制浆造纸企业面临着前所未有的困难,将原木仅仅转变成基于纤维素的制浆造纸产品的这种老的商业模式已不适用,而充分利用生物质资源生产多种产品的综合林业生物质精炼工厂将呈现良好的发展前景。

2造纸工厂改造为综合生物质精炼工厂的原理

植物生物质(或木质纤维素)主要由纤维素、半纤维素和木质素三种主要基本成分和少量挥发性抽出物组成。现代造纸工厂主要通过蒸煮(例如化学制浆)和化学与机械结合的方法(例如机械制浆)将木材或其它植物纤维(例如竹材、苇、麦草等原料)分离成单根纤维即纸浆的过程。化学制浆过程中,木质素从纸浆中分离出来,脱除的木质素进入液相(黑液),通过碱回收系统回收能源和化学品(主要是NaOH和Na2S);制得的纸浆纤维(主要成分是纤维素,还含少量木质素和半纤维素)进入后续纸品生产系统,木片中大部分半纤维素在蒸煮时进入液相,少量随纸浆纤维进入后续工序。生物质主要组分在造纸工厂和IFBR工厂的转化路线。中实线箭头表示现在造纸工厂的工艺路线,其设备系统和工艺技术已经相当成熟。虚线表示综合生物质精炼工厂新增的产品路线。对现有造纸工业的设备系统进行适当改造就可以做到半纤维素、木质素、纤维素和挥发性抽出物的分离。在木片进行硫酸盐制浆前,使用近中性或酸性的水基抽提技术(Water-basedExtraction),可以做到将大部分的半纤维素从木片中抽提出来。DrvanHeinigen等人(美国缅因州立大学化工系)提出使用近中性的水基抽提技术,可以从木材组分中抽提出大约10%的木材物质(主要是半纤维素),抽提液通过微生物发酵可以用来生产乙醇和乙酸产品。NikolaiDeMartini等人(美国乔治亚技术学院造纸科学技术研究所)使用1%硫酸对木材原料进行抽提,可以抽提出约10%~18%的木材组分用于生产乙醇产品。水基抽提后对木材的制浆漂白性能不仅没有不良影响,还可以对制浆系统带来积极的作用[4]。水基抽提加制浆造纸的综合生物质精炼工厂在美国已开始投资运作。纸浆纤维(化机浆除外)主要成分是纤维素,可以使用生物技术生产乙醇。这样造纸工厂转化IFBR工厂就面临是否保留纸浆生产的争议。从目前北美情况看,考虑到成本和经济效益,一般认为IFBR工厂的新生物产品应由半纤维素和木素转化而来,而不是立即停止纸浆生产,将纤维素亦转化为新生物产品。但研究人员没有停止将纸浆转化为生物质燃料的积极尝试。TsutomuIkeda等人(日本林业和林产品研究所木材化学实验室)通过碱预处理,脱除木片中的木质素,通过生物技术生产生物燃料。纤维素是一种由单一葡萄糖基通过β-O-4甙键连接的天然长链高分子均聚物。通过机械或酶处理方法,似乎纤维素长链断开联结键生成葡萄糖单糖似乎非常简单,但事实并非如此。自然选择的结果,形成了以纤维素和木质素结合为主要结构的生物材料,具有较高的抗拒生物菌酶的降解能力,否则树木易倒伏或木质植物长不高。但目前为止,把纤维素中的六碳葡萄糖结构通过生物技术转化为乙醇的经济型路线仍然是重要的研究课题。其原因有:(1)植物生物质个体组织结构复杂;(2)木质素的存在大大降低了生物发酵时微生物和酶的作用效果。用植物纤维素生产乙醇比用谷物生产乙醇成本要高很多。

3造纸工厂改造为综合林业生物质精炼工厂的几种模式

木材造纸工厂改造为林业生物质精炼工厂有三种类型:(1)首先对木片进行酸性或碱性预抽提,抽提液经进一步分离和水解为易于生物发酵的糖类物质,抽提后的木片进入传统造纸工厂的制浆漂白生产系统;(2)使用传统造纸工厂的制浆系统首先对木片进行脱木质素,然后纸浆进行水解和发酵,生产乙醇等生物质燃料和化学品;(3)对木质纤维素生物质进行分级利用,通过预抽提分离出半纤维素物质,水解发酵生产乙醇、乙酸和其它化学品,然后对抽提后的木片进行用制浆方法分离出木质素,分离出的木质素生产表面活性剂等化学品;脱除木质素后的纸浆纤维进行水解和发酵,生产乙醇等燃料和化学品。

根据国家生物技术信息中心（NCBI）国家医学图书馆的信息，煤炭一直是中国经济增长和向全国人口输送电力的基本燃料。

NCBI的报告表示，“中国现在是全球最大的煤炭生产国和消费国，消耗了全球一半的煤炭产量，2018年全球煤炭交易量的20%被中国进口；同时，中国也是世界上建造新燃煤电厂的主要国际融资机构。2018年，煤炭占中国一次能源消费的60%，贡献了中国50%的微细颗粒物（PM2.5）污染物和70%的碳排放”。

中国长期奉行解决“雾霾问题、减少环境有害物质排放、促进能源系统优化和开发清洁低碳能源”的国家政策，这包括淘汰落后的燃煤锅炉和生物质锅炉，将其更换为清洁的燃气锅炉。因此，全国各省市纷纷出台新能源规划和行动方案。北方地区集中供热和工业用电生产并重，南方地区主要集中工业用电生产。

根据东莞环境保护局最近的一份公告，东莞市正在推动大规模从煤电向燃气发电的转变。为了支持这一新变化，该市开始建设17座新电厂，同时关闭了12座燃煤和生物质锅炉。

根据Fisher的数据，中国的制浆造纸工业严重依赖煤炭作为燃料，而不像欧洲和美国造纸行业主要依赖天然气等清洁能源。目前，国内超过380家制浆造纸厂以煤炭为主要燃料来源。其中，河北、广东、山东、浙江、广西的制浆造纸厂数量约占全国纸企总数的50%。根据各省政策，“十四五”期间（2021—2025年）这些纸企的锅炉可能会被完全改造或淘汰。

对于东莞的许多制浆造纸厂来说，由于能源将从煤炭转向天然气，燃料成本的增加可能是其面临的挑战。就燃料成本而言，天然气是煤炭的两倍多。根据广东省的测算，标准天然气价格为2.06元/m3（可浮动20%），省级管网运输价格为0.15～0.2元/m3，城市燃气管道运输费为0.2～2.0元/m3，最终用户净价合计为2.41～4.2元/m3。5例如，根据Fisher数据，目前中国使用燃煤发电的箱纸板制造商的平均燃料成本约为300～400元/t。如果以天然气代替煤炭，造纸的现金生产成本可增加300～400元/t。从成本的角度来看，这增加了许多小企业无法承受的巨大压力。因此，这些企业可能会被挤出市场，并将进一步推动行业整合。

1.我国造纸工业的特点

（1）中小型造纸企业多据统计

我国的造纸及纸制品厂的数量非常庞大，比除我国之外的其他国家的总数还要多。对这些造纸及纸制品厂进行仔细研究发现，这个庞大的数量当中包括了众多的纸制品厂，而纸制品厂就是纸加工厂，与制浆造纸厂有着实质性区别，至少几乎没有任何显著的水污染问题，也不生产纸或纸板。另外该统计可能包括了众多的村办或个体户办的纸厂。我国的造纸企业（很少有只产浆不产纸的企业）在几十年中随国家政治经济形势的变化，曾出现过几次令人深思时大起大落，但许多小造纸厂有着顽强的生命力，数量在不断扩大。我国的中小造纸企业数量众多且其产量占造纸总产量的比例大，这是我国造纸工业的一大特征。

（2）中小草浆企业多

前文已经讲到在世界范围内制浆造纸所用到的原材料主要是木材，而我国的情况又如何呢？我国的造纸工业所用的原材料主要是草类，木材类原料的利用正逐年下降，占的比例越来越少。如果不计废纸，以原生纤维原料计算，则我国造纸工业机制纸浆的浆种结构以原生植物纤维（不计废纸）比较，我国各种机制草浆（包括其他纤维原料，如竹、蔗渣、苇等）可占总产量的绝大多数。同时也可以看到，我国造纸企业的主要制浆方法为硫酸盐法（含碱法），占总制浆产量的72%而其中禾草浆（主要是稻麦草浆）占硫酸盐祛浆的52%，占总产浆量的38%。如果考虑到亚钠、亚铁、石灰法制浆也基本上使用禾草纤维原料，则单纯禾草浆就可占总产量的50%以上。可以说中小型造纸企业和中小草浆企业数量众多是我国造纸工业的一大特点。在考虑我国造纸工业的污染防治以及行业的健康发展时，就必须牢记这两个现实特点。

（3）造纸企业污染严重据统计

1研究方法

1.1数据来源2005～2012年我国造纸工业的主要数据包括:企业数量、产品产量、用水量、废水排放量、COD排放量、氨氮排放量等，这些数据均来源于2005～2012年的《中国环境统计年报》，并采用中国国家统计局网站公布的数据以及中国造纸协会公开的《造纸工业年度报告》对这些数据进行校核。单位企业的产品产量、主要水污染物(COD和氨氮)排放强度、单位产品的用水量等均由以上数据计算获得。

1.2分析方法为明确我国造纸工业的用水量、废水排放量、主要水污染物排放量等各项指标之间的相关关系和影响程度，并从中筛选出影响我国造纸工业主要水污染物排放量变化的关键要素，采用灰色关联度分析法对我国造纸工业的各要素数据进行分析。相对于其他分析方法，灰色关联度分析法具有思路明晰、信息损失小、对数据要求较低、工作量较少等优点。灰色关联度分析法是将研究对象及影响因素的因子数值视为一条线上的点，并与待识别对象及影响因素的因子数值所绘制的曲线进行比较，比较它们之间的贴近度，分别量化计算出研究对象与待识别对象各影响因素之间的关联度，通过比较各关联度的大小来判断待识别对象对研究对象的影响程度。由于计算出的关联系数较多，采用取平均值的方法将各点的系数集中为一个值，即为关联度。子因素数列的关联度大小代表了该要素与母因素数列的关系密切程度，数值越大，表示该子因素与母因素的关系越密切，影响程度越大。

2结果

2.1我国造纸工业主要水污染物排放特征采用我国造纸工业2005～2012年的企业数量、产品产量、取水量、用水量、废水排放量等数据综合分析了我国造纸工业主要水污染物排放量的变化情况。2005～2012年间，我国造纸工业的单位产品(以吨计)用水量没有显著变化，在123.5～110.7t之间，2012年单位产品用水量比2005年的降低了10.4%。单位产品取水量与单位产品废水排放量降低较为显著，且两者的变化规律较为一致。单位产品取水量从2005年的68.5t降低到2012年的37.2t，降低了45.7%;单位产品废水排放量从2005年的59.2t降至2012年的31.3t，降低了47.1%。单位产品的取水量和废水排放量的降低得益于我国造纸企业持续开展中水回用工程，减少新鲜水的消耗量。据统计，2012年我国造纸工业生产过程水的平均回用率达66.4%。我国造纸工业单位产品的取水量和废水排放量持续减少的同时，主要水污染物排放强度持续降低。2005～2012年，我国造纸工业的COD排放强度从25.73kg/t产品降低到5.69kg/t产品，降低了77.9%，年均降幅达24.1%，且有进一步持续降低的趋势;氨氮排放强度由2005年的0.67kg/t产品降低到2012年的0.19kg/t产品，降幅达71.6%。氨氮排放强度在2005～2008年间快速降低，年均降低32.5%;2008年以后，氨氮排放强度降幅减小，年均降低10.9%。我国造纸行业开展了深入的水污染治理工作，主要水污染物的排放量在2005～2012年间显著减少。COD排放量从2005年的159.7万t减少到2012年的62.3万t，减少了61%，占全国工业COD排放总量的比例从2005年的32.4%降至2012年的20.5%;氨氮排放量从2005年的4.14万t减少到2012年的2.07万t，减少了50%，占全国工业氨氮排放总量的比例从2005年的8.6%降至2012年的8.5%。

2.2我国造纸工业主要水污染物排放量灰色关联度分析结果选择总量类指标(用水量、取水量、废水排放量等)与强度类指标(单位企业产品产量、单位产品用水量、单位产品取水量、单位产品废水排放量、主要水污染物排放强度等)的相关数据，对我国造纸工业主要水污染物排放量与总量类指标和强度类指标的关联度进行了分析。我国造纸工业COD排放量与总量类指标和强度类指标的关联度分析结果。我国造纸工业COD排放量与强度类指标间的关联度显著大于总量类指标。其中，单位产品废水排放量、单位产品取水量及COD排放强度的关联度指标位列前三;取水量、用水量、单位企业产品产量与COD排放量的关联度较弱。我国造纸工业氨氮排放量与总量类指标和强度类指标的关联度分析结果。与COD排放量类似，氨氮排放量与强度类指标的关联度也显著大于总量类指标。其中，氨氮排放强度、单位产品废水排放量和单位产品取水量与氨氮排放量的关联度位列前三;取水量、单位企业产品产量和用水量与氨氮排放量的关联度较弱。从关联度分析结果可以看出，强度类指标与我国造纸工业主要水污染物排放量变化的关联度显著大于总量类指标。这表明，我国造纸企业持续开展了工艺改进与环境治理工程，实际生产工艺和污染治理水平显著提高。我国造纸工业主要水污染物排放量减少与单位产品取水量和单位产品废水排放量的减少密切相关。这主要是由于近年来我国造纸企业持续开展中水回用项目，提高了水资源利用效率，减少了新鲜水取用量。此外，单位企业产品产量与主要水污染物排放量的关联度较弱表明，我国中小造纸企业也开展了较为深入的污染物治理工程，主要水污染物的总量控制工作具备良好的基础。用水量、废水排放量等数据与主要水污染物排放量的关联度较弱表明，近10年的时间里，我国造纸工业的治污水平有一定程度的提高。但我国造纸工业生产工艺与国际先进水平之间仍存在一定差距，需要在后续的污染物总量控制工作中持续推进清洁生产，从源头减少污染物的产生量，降低主要水污染物排放量与排放强度。