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纳米植物粉体球磨制备技术的应用研究
纳米植物粉体产品研发进展缓慢,如纳米花粉、木耳等天然植物保健食品,人参、灵芝孢子、珍珠、冬虫草等名贵药用植物,以及如马钱子等有毒药用植物的纳米植物粉体产品尚处在开发阶段。这里既有科学问题,也有技术问题。科学问题方面,如纳米植物粉体究竟能解决什么问题,已陆续有应用文章发表。本文谈的是技术应用问题。
由吕庆及曲源等发明的多维摆动式纳米球磨技术和多层次分级纳米球磨技术,较好地解决了纳米植物粉体制备的技术应用(前者已获得专利,后者已进入实审)。
一、纳米植物球磨制备技术
1、多维摆动式高能纳米球磨技术。多维摆动式高能纳米球磨机通过罐体快速的多维摆动式运动,使磨介在罐内的不规则运动产生巨大的冲击力,延长磨介的运动轨迹,提高冲击能,减少撞击盲点,其工作效率是传统球磨机的几十倍,可显著提高罐内磨介的冲击能量和运动次数,使被粉碎的物质颗粒达到纳米级,同时大大提高了粉体颗粒的均匀度,粉碎粒径最小为10nm,属封闭式高能球磨。秦皇岛市太极环纳米制品有限公司用该设备已成功研制纳米食品(纳米茶、纳米咖啡),纳米中药(外用贴膏),并开始推广应用。
该设备应用范围广泛,除植物以外,对金属、非金属、多元合金、机械化合金、动物、矿物、药材等有机、无机材料均可进行纳米级粉碎的实验和生产(易燃、易爆物品需加保护剂如氩气、氮气、二氧化碳等)。
2、多层次分级纳米球磨技术
多层次分级纳米球磨机采用调酒师手臂动作原理,双向反复快速运转,加强了磨介轨迹变换的机率,产生高能冲击,使物料在运动中撞击球磨,微米级粉体在多机腔,多层次,多直径磨介(由大逐渐变小)流送中不断地撞击粉碎,产生分级粉碎效果,最后粉碎成10nm以上的粉体。该设备为开放式球磨,可连续地进料出料,干磨、湿磨皆可,可广泛地应用于动、植物、矿物、金属、陶瓷及非易燃易爆的有机、无机材料。
二、纳米植物粉体球磨制备中的若干问题
1、温度问题。由于以上两种球磨技术均属高能球磨,会迅速升温,易使植物粉体焦化、碳化,为保持植物成份不变,温度是最先需要解决的问题。封闭式球磨法,虽然可以加液氮冷却,但由于液氮的纯度问题(通常液氮纯度难以控制),植物容易受到污染,生产成本又高,为此,我们采用罐体夹套循环水冷却,有效的控制了加工过程的温度。
2、湿度问题。通常植物干品含水量在5-10%左右,增加了植物的韧性、弹性。为了增加其脆性,需去掉其中的水份,我们采用将微米粉体在55℃干燥4-6小时,干燥后再球磨加工,取得较好效果。如采用实验型设备做小样,可将根、茎、皮、叶、花、果捣碎(或小型粉碎机粗粉)直接干燥后装罐。如采用鲜嫩植物,则先用传统粉碎机打浆,再用高能球磨机制备纳米植物浆料,然后喷雾干燥,如制备生绿茶或生凉茶用此法最佳。
3、粘韧性问题。植物均含糖。而含糖量过高产生粘韧性问题,含油过多、含胶质过多也会出现粘韧性问题,如熟地、枸杞、大枣、乳香、没药等,易在球磨中沾球、沾罐、结球成团,不能达到好的粉碎效果。这些品种,如采用深冷冻球磨,如加液氮会污染植物,冰箱冷冻取出加料会产生回温问题。对此,我们采用湿法浆磨,方法是:传统粉碎后加水搅成浆料,然后用球磨制备成纳米浆料,达到球磨效果后取出,采用喷雾干燥,较好地解决了此问题,保留了原植物的特性。
4、污染问题。球磨技术,尤其是高能球磨技术污染问题很突出