合作案例
2025-05-29
深那 
每年全球产生的农作物秸秆超过1.5万亿吨，其木质纤维素组分具有价格低廉、可再生、可降解等特性，蕴含着巨大的开发潜力。然而，因传统植物纤维分离提纯和机械处理方法的局限性，难以高效利用。现有工艺依赖强酸强碱处理与高能耗机械破碎，不仅成本高昂，还导致木质素、半纤维素等组分的浪费，且所得纳米纤维素形态不均、表面能不可控，严重制约其在复合材料中的应用。
为进一步提升工艺的绿色性与经济性，科研团队探索引入深那SN-PT1000超声破碎仪优化前处理环节。超声技术凭借其非热力学作用机制，可在无溶剂条件下实现纤维的温和解离与表面活化，有望突破传统机械球磨的能耗瓶颈，并为纳米片尺寸、形貌及表面能的精准设计提供新路径。
超声破碎技术原理及核心作用
超声破碎仪利用高频超声波（通常为20kHz-100kHz）在液体介质中产生周期性压缩和膨胀，引发空化效应。空化气泡瞬间崩溃时释放的高能量（局部温度可达5000K，压力超1000atm）以及强烈的冲击波和微射流，对材料产生多重作用。
机械剪切力：破坏植物纤维的氢键网络，剥离纤维束为单根微纳米纤维。
表面活化：空化冲击波使纤维素表面羟基暴露，增强与改性助剂的反应活性。
尺寸均一化：通过调节超声参数（功率、时间、频率），精准控制纤维破碎程度，获得分布均匀的纳米片。
超声处理在木质纤维素前处理中的优势
超声可部分取代水热步骤，直接对秸秆进行纤维解离，提高纤维得率。
指标 | 超声破碎 | 机械球磨 |
能耗效率 | 低（能量集中于局部空化） | 高（需持续机械摩擦） |
产物形态 | 更少纤维断裂，片状结构保留完整 | 易产生过度破碎，形成不规则颗粒 |
化学试剂依赖 | 可减少酸碱预处理需求 | 常需配合溶剂或改性剂使用 |
处理时间 | 短（分钟级） | 长（数小时） |
超声破碎仪处理实验步骤
使用SN-PT1000处理木质纤维素，在功率300W、处理时间20分钟条件下，可得到均匀纳米片，且放置12小时不沉降。
步骤1：称量样品并配液
称取一定量木质纤维素（如5g）按照设定比例加入反应溶剂（液固比常用10:1～20:1）。
步骤2：转移至烧杯/反应容器
建议使用耐酸碱容器若使用强碱/强酸，建议在通风橱内操作。
步骤3：插入超声波探头
探头深入液面约1~2cm，避免贴底。
步骤4：设定超声参数
功率：300W；占空比：50%（即每秒工作3秒，休息3秒）；时间：20分钟；温控：通过循环冷却水或冰浴维持30~50°C。
步骤5：超声处理
启动仪器，注意观察样品状态若有强烈泡沫或飞溅，适当降低功率。
SN-PT1000处理生物质材料技术适配性
超声波系统：采用聚能式高能量换能器，配合数字式驱动板，快速执行各类细胞或样本的处理。
自动追频：采用自研自动扫频追踪的控制方案，工作时根据液体状态，实时自动调节输出频率。
脉冲模式：间歇式超声可减少能量累积，避免纳米片过度团聚。
深那SN-PT1000超声破碎仪通过精准能量传递与温和处理机制，为可控表面能木质纤维素纳米片的制备提供了高效、环保的解决方案。其与高分子复合材料制备工艺的协同创新，将加速生物质基复合材料在包装、建筑、电子器件等领域的产业化进程。
