超聲法制造高性能植物纖維關(guān)鍵技術(shù)及裝備

1、項(xiàng)目名稱 超聲法制造高性能植物纖維關(guān)鍵技術(shù)及裝備提名單位 國(guó)家林業(yè)局主要完成人 翟華敏、劉潔、任浩、范一民、宋君龍、王志國(guó)主要完成單位 南京林業(yè)大學(xué)、河南華森超聲波科技有限公司提名單位意見： 提名單位意見：纖維制造產(chǎn)業(yè)面臨資源利用率低、環(huán)境污染負(fù)荷重、能耗高等重大共性技術(shù)難題。發(fā)明以短周期速生植物纖維為原料，高效率高質(zhì)量低污染地制造植物纖維的新技術(shù)，是解決纖維行業(yè)供需缺口大、原料大量依賴進(jìn)口等問(wèn)題的迫切需求。該項(xiàng)目發(fā)明了超聲波法纖維同步

2、解離漂白工藝、植物纖維制造反應(yīng)器等配套設(shè)備、高選擇性的介質(zhì)體系、CO2/酸耦合逐級(jí)分離廢液組成并高效利用、纖維產(chǎn)品的多尺度轉(zhuǎn)化及其工業(yè)化應(yīng)用技術(shù)。在世界上首次實(shí)現(xiàn)了植物纖維解離和漂白一步法完成。與傳統(tǒng)工藝相比，生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)化、得率從 40%提高到 71%、纖維質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)均大幅提高、綜合能耗節(jié)約 83.59%、COD、BOD 的排放量大幅減小、植物纖維全組分實(shí)現(xiàn)高值轉(zhuǎn)化利用。整體技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。該成果獲得 2009 年河南省科技進(jìn)步

3、一等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)、2017 年教育部技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)、2017 年浙江省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)、2017 年國(guó)家林業(yè)局梁?？萍歼M(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)、2017年度江蘇省復(fù)合材料行業(yè)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)、2011 年全國(guó)發(fā)明展覽會(huì)金獎(jiǎng) 2 項(xiàng)；授權(quán)中國(guó)國(guó)家發(fā)明專利 23 項(xiàng)、實(shí)用新型專利 54 項(xiàng)；制訂地方標(biāo)準(zhǔn) 2 部；發(fā)表 SCI 論文 96 篇；權(quán)威機(jī)構(gòu)驗(yàn)收或鑒定成果 26 項(xiàng)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，新增銷售額 6.30 億元，新

4、增利潤(rùn)3.95 億元（含專利轉(zhuǎn)讓利潤(rùn) 2.63 億元） 。對(duì)照國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)授獎(jiǎng)條件，提名該項(xiàng)目為國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。項(xiàng)目簡(jiǎn)介： 項(xiàng)目簡(jiǎn)介：我國(guó)制漿造紙、輕紡、木材等工業(yè)每年木質(zhì)纖維需求總量約達(dá) 2 億噸，長(zhǎng)期以來(lái)植物纖維及其原料大量依賴進(jìn)口。傳統(tǒng)植物纖維制造產(chǎn)業(yè)面臨資源利用率低、環(huán)境污染重、能耗高等重大共性技術(shù)難題。該項(xiàng)目創(chuàng)新地利用超聲波機(jī)械力化學(xué)作用，發(fā)明了清潔高效制造植物纖維的關(guān)鍵技術(shù)體系。1. 主要技術(shù)內(nèi)容（1）發(fā)明了超聲機(jī)械

5、力化學(xué)纖維同步解離漂白技術(shù)。創(chuàng)新發(fā)明了超聲法機(jī)械力化學(xué)原位物理、化學(xué)聯(lián)動(dòng)解離漂白和改性纖維的技術(shù)，簡(jiǎn)化了工藝流程，技術(shù)適合于非木材及速生闊葉材高性能植物纖維的制造。（2）發(fā)明了以超聲法植物纖維制造反應(yīng)器為主體的系列配套設(shè)備。創(chuàng)新設(shè)計(jì)發(fā)明了超聲波反應(yīng)器等一系列生產(chǎn)設(shè)備，確保了超聲法植物纖維制造工藝在完全自主研發(fā)的生產(chǎn)設(shè)備體系中實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)品質(zhì)量可控。（3）發(fā)明了適合非木材和速生闊葉材植物纖維解離漂白同時(shí)進(jìn)行的超聲介質(zhì)體系。該介質(zhì)體系是由含雜原

6、子化合物復(fù)配而成，在潤(rùn)脹纖維原料的同時(shí)產(chǎn)生能夠脫除木質(zhì)素并有漂白作用的高濃度氧系游離基。（4）發(fā)明了 CO2/酸耦合逐級(jí)分離超聲分離液組分并高效利用的技術(shù)。發(fā)明了非木材提取液多糖、二氧化硅、木質(zhì)素逐級(jí)分離的方法；發(fā)明了廢液中木質(zhì)素、半纖維素分離產(chǎn)物改性及應(yīng)用的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了超聲法植物纖維制造分離液成分的高值化利用，解決了清潔生產(chǎn)中的關(guān)鍵問(wèn)題。（5）發(fā)明了纖維的多尺度轉(zhuǎn)化及應(yīng)用技術(shù)。發(fā)明了以纖維為原料制備羧甲基纖維素、兩性纖維素醚的技術(shù)；發(fā)

7、明了酶-TEMPO 體系制備納米纖維素技術(shù)；發(fā)明了化學(xué)潤(rùn)脹耦合機(jī)械力制備微納米木質(zhì)纖維素并應(yīng)用于復(fù)合材料的技術(shù)。2. 知識(shí)產(chǎn)權(quán)情況氣/漆酶/TEMPO 體系進(jìn)行表面氧化進(jìn)而結(jié)合機(jī)械處理方法制備了纖維素納米纖維。新體系的建立避免了常用氧化體系（NaBr/NaClO/TEMPO）中鹵族試劑對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染，對(duì)納米纖維素進(jìn)一步在醫(yī)療、衛(wèi)生等領(lǐng)域的推廣應(yīng)用具有重大意義。2.3 江蘇省教育廳省屬高校自然科學(xué)基金項(xiàng)目“引進(jìn)相分離技術(shù)開發(fā)木質(zhì)素線性高

8、分子及其新應(yīng)用領(lǐng)域”驗(yàn)收意見：該項(xiàng)目成功地解決了木質(zhì)纖維素材料中三大主要成分從造紙黑液中分離利用的技術(shù)難點(diǎn)。半纖維素及其變性物質(zhì)分離后純度較高，羧甲基化處理后效果好，性質(zhì)和商用半纖維素沒(méi)有明顯差異；黑液中木質(zhì)素經(jīng)過(guò)相分離法酚化改性后與草粉或木粉中直接用相分離法分出的木質(zhì)素性質(zhì)相似，活性增加，具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。2.查新報(bào)告 2014 年 9 月 25 日委托中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所查新得出如下結(jié)論：在國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)檢索中，除該項(xiàng)目委托單位及其科

9、研人員發(fā)表的論文、完成的成果或申請(qǐng)的中國(guó)專利外與該項(xiàng)目查新點(diǎn)所述技術(shù)特征完全相同外。本次檢索未見有與該項(xiàng)目技術(shù)要點(diǎn)特征完全相同的國(guó)內(nèi)外公開文獻(xiàn)報(bào)道。3.檢測(cè)、檢驗(yàn)報(bào)告2008 年 1 月，委托安陽(yáng)市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中心站對(duì)麥草超聲波纖維生產(chǎn)廢水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；2008 年經(jīng)中國(guó)制漿造紙研究院環(huán)保技術(shù)研發(fā)中心對(duì)麥草超聲波法產(chǎn)品纖維的性能和廢水水質(zhì)分析進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析；2015 年經(jīng)國(guó)家紙張質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢驗(yàn)：華森紙業(yè)采用本技術(shù)生產(chǎn)的

10、超聲無(wú)氯漂白麥草纖維檢測(cè)的數(shù)項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)均優(yōu)于漂白堿法麥草纖維。4.科技獎(jiǎng)勵(lì) 8 項(xiàng)“超聲無(wú)氯制漿漂白一體化技術(shù)”于 2009 年獲得河南省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)；“超聲無(wú)氯制漿漂白一體化技術(shù)”和“超聲制漿反應(yīng)釜”于 2011 年獲國(guó)家發(fā)明展覽會(huì)金獎(jiǎng) 2 項(xiàng)?！爸参锢w維全組分轉(zhuǎn)化和工業(yè)化應(yīng)用”相關(guān)技術(shù)發(fā)明內(nèi)容在 2017 年獲得教育部技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)、國(guó)家林業(yè)局梁希林業(yè)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、浙江省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、江蘇省復(fù)合材料行業(yè)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)各

11、 1 項(xiàng)。5.知識(shí)產(chǎn)權(quán)及人才培養(yǎng)獲得授權(quán)發(fā)明專利 23 件，實(shí)用新型專利 54 件；制訂地方標(biāo)準(zhǔn) 2 項(xiàng)；發(fā)表論文 126 篇（SCI 收錄 96 篇） ，累積他引次數(shù) 721 次，單篇他引次數(shù)超過(guò) 30 次的文章 12 篇。其中關(guān)于結(jié)構(gòu)多糖納米纖維制備技術(shù)的論文，被“Science”期刊作為實(shí)驗(yàn)方法引用。培養(yǎng)碩士和博士研究生共計(jì) 79 名。6.技術(shù)轉(zhuǎn)讓 1 項(xiàng)2015 年與超聲波制漿技術(shù)相關(guān)的一系列專利權(quán)（28 項(xiàng)）以 3 億元轉(zhuǎn)讓給

12、福建省青山紙業(yè)股份有限公司。推廣應(yīng)用情況： 推廣應(yīng)用情況：該項(xiàng)目成果已經(jīng)在河南華森超聲波科技有限公司推廣應(yīng)用，三年來(lái)新增銷售額32204.71 萬(wàn)元，三年專利轉(zhuǎn)讓總利潤(rùn) 26302.38 萬(wàn)元；超聲制漿核心技術(shù)以及配套設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)等 28 項(xiàng)專利于 2015 年以打包方式全部轉(zhuǎn)讓給福建青山紙業(yè)股份有限公司，并正在計(jì)劃實(shí)施年產(chǎn) 100 萬(wàn)噸草漿項(xiàng)目。當(dāng)前，由于專利權(quán)的全部轉(zhuǎn)讓，非木材超聲波紙漿不能在河南華森超聲波科技有限公司等公司進(jìn)一步擴(kuò)