超聲法制造高性能植物纖維關鍵技術及裝備

1、項目名稱 超聲法制造高性能植物纖維關鍵技術及裝備提名單位 國家林業(yè)局主要完成人 翟華敏、劉潔、任浩、范一民、宋君龍、王志國主要完成單位 南京林業(yè)大學、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：纖維制造產業(yè)面臨資源利用率低、環(huán)境污染負荷重、能耗高等重大共性技術難題。發(fā)明以短周期速生植物纖維為原料，高效率高質量低污染地制造植物纖維的新技術，是解決纖維行業(yè)供需缺口大、原料大量依賴進口等問題的迫切需求。該項目發(fā)明了超聲波法纖維同步

2、解離漂白工藝、植物纖維制造反應器等配套設備、高選擇性的介質體系、CO2/酸耦合逐級分離廢液組成并高效利用、纖維產品的多尺度轉化及其工業(yè)化應用技術。在世界上首次實現(xiàn)了植物纖維解離和漂白一步法完成。與傳統(tǒng)工藝相比，生產過程簡化、得率從 40%提高到 71%、纖維質量各項指標均大幅提高、綜合能耗節(jié)約 83.59%、COD、BOD 的排放量大幅減小、植物纖維全組分實現(xiàn)高值轉化利用。整體技術處于國際領先水平。該成果獲得 2009 年河南省科技進步

3、一等獎 1 項、2017 年教育部技術發(fā)明二等獎 1 項、2017 年浙江省科技進步二等獎 1 項、2017 年國家林業(yè)局梁希科技進步獎二等獎 1 項、2017年度江蘇省復合材料行業(yè)科技進步一等獎 1 項、2011 年全國發(fā)明展覽會金獎 2 項；授權中國國家發(fā)明專利 23 項、實用新型專利 54 項；制訂地方標準 2 部；發(fā)表 SCI 論文 96 篇；權威機構驗收或鑒定成果 26 項。技術實現(xiàn)了工業(yè)化應用，新增銷售額 6.30 億元，新

4、增利潤3.95 億元（含專利轉讓利潤 2.63 億元） 。對照國家技術發(fā)明獎授獎條件，提名該項目為國家技術發(fā)明獎二等獎。項目簡介： 項目簡介：我國制漿造紙、輕紡、木材等工業(yè)每年木質纖維需求總量約達 2 億噸，長期以來植物纖維及其原料大量依賴進口。傳統(tǒng)植物纖維制造產業(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難題。該項目創(chuàng)新地利用超聲波機械力化學作用，發(fā)明了清潔高效制造植物纖維的關鍵技術體系。1. 主要技術內容（1）發(fā)明了超聲機械

5、力化學纖維同步解離漂白技術。創(chuàng)新發(fā)明了超聲法機械力化學原位物理、化學聯(lián)動解離漂白和改性纖維的技術，簡化了工藝流程，技術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器為主體的系列配套設備。創(chuàng)新設計發(fā)明了超聲波反應器等一系列生產設備，確保了超聲法植物纖維制造工藝在完全自主研發(fā)的生產設備體系中實現(xiàn)，產品質量可控。（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進行的超聲介質體系。該介質體系是由含雜原

6、子化合物復配而成，在潤脹纖維原料的同時產生能夠脫除木質素并有漂白作用的高濃度氧系游離基。（4）發(fā)明了 CO2/酸耦合逐級分離超聲分離液組分并高效利用的技術。發(fā)明了非木材提取液多糖、二氧化硅、木質素逐級分離的方法；發(fā)明了廢液中木質素、半纖維素分離產物改性及應用的技術，實現(xiàn)了超聲法植物纖維制造分離液成分的高值化利用，解決了清潔生產中的關鍵問題。（5）發(fā)明了纖維的多尺度轉化及應用技術。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；發(fā)

7、明了酶-TEMPO 體系制備納米纖維素技術；發(fā)明了化學潤脹耦合機械力制備微納米木質纖維素并應用于復合材料的技術。2. 知識產權情況氣/漆酶/TEMPO 體系進行表面氧化進而結合機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）中鹵族試劑對環(huán)境產生的污染，對納米纖維素進一步在醫(yī)療、衛(wèi)生等領域的推廣應用具有重大意義。2.3 江蘇省教育廳省屬高校自然科學基金項目“引進相分離技術開發(fā)木質素線性高

8、分子及其新應用領域”驗收意見：該項目成功地解決了木質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難點。半纖維素及其變性物質分離后純度較高，羧甲基化處理后效果好，性質和商用半纖維素沒有明顯差異；黑液中木質素經(jīng)過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素性質相似，活性增加，具有工業(yè)應用價值。2.查新報告 2014 年 9 月 25 日委托中國科學技術信息研究所查新得出如下結論：在國內外文獻檢索中，除該項目委托單位及其科

9、研人員發(fā)表的論文、完成的成果或申請的中國專利外與該項目查新點所述技術特征完全相同外。本次檢索未見有與該項目技術要點特征完全相同的國內外公開文獻報道。3.檢測、檢驗報告2008 年 1 月，委托安陽市環(huán)境保護監(jiān)測中心站對麥草超聲波纖維生產廢水水質進行監(jiān)測，符合國家標準；2008 年經(jīng)中國制漿造紙研究院環(huán)保技術研發(fā)中心對麥草超聲波法產品纖維的性能和廢水水質分析進行實驗分析；2015 年經(jīng)國家紙張質量監(jiān)督檢驗中心檢驗：華森紙業(yè)采用本技術生產的

10、超聲無氯漂白麥草纖維檢測的數(shù)項質量指標均優(yōu)于漂白堿法麥草纖維。4.科技獎勵 8 項“超聲無氯制漿漂白一體化技術”于 2009 年獲得河南省科技進步一等獎 1 項；“超聲無氯制漿漂白一體化技術”和“超聲制漿反應釜”于 2011 年獲國家發(fā)明展覽會金獎 2 項?！爸参锢w維全組分轉化和工業(yè)化應用”相關技術發(fā)明內容在 2017 年獲得教育部技術發(fā)明二等獎、國家林業(yè)局梁希林業(yè)科技進步二等獎、浙江省科技進步二等獎、江蘇省復合材料行業(yè)科技進步一等獎各

11、 1 項。5.知識產權及人才培養(yǎng)獲得授權發(fā)明專利 23 件，實用新型專利 54 件；制訂地方標準 2 項；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 30 次的文章 12 篇。其中關于結構多糖納米纖維制備技術的論文，被“Science”期刊作為實驗方法引用。培養(yǎng)碩士和博士研究生共計 79 名。6.技術轉讓 1 項2015 年與超聲波制漿技術相關的一系列專利權（28 項）以 3 億元轉讓給

12、福建省青山紙業(yè)股份有限公司。推廣應用情況： 推廣應用情況：該項目成果已經(jīng)在河南華森超聲波科技有限公司推廣應用，三年來新增銷售額32204.71 萬元，三年專利轉讓總利潤 26302.38 萬元；超聲制漿核心技術以及配套設備生產技術等 28 項專利于 2015 年以打包方式全部轉讓給福建青山紙業(yè)股份有限公司，并正在計劃實施年產 100 萬噸草漿項目。當前，由于專利權的全部轉讓，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一步擴