本发明专利技术公开了一种微纳米纤维素纤丝的分级分离装置、系统及方法，包括壳体、箱盖、多个旋流管、环形块、支撑板、拉杆以及固定板；壳体顶部固定有箱盖，箱盖的顶部设有壳体轻相出口；壳体的底部设有壳体重相出口，壳体侧壁上设有壳体进料口；环形块固定在壳体的内壁面上，支撑板固定在环形块上，支撑板和固定板上都设有对应的多个放置孔；拉杆的一端与支撑板连接，另一端与固定板连接；旋流管包括旋流管本体、旋流进料口、旋流轻相出口以及旋流重相出口，旋流管本体放置于放置孔内，旋流进料口位于支撑板与固定板之间，旋流轻相出口位于固定板上端；壳体进料口与支撑板与固定板之间的空间连通。本发明专利技术涉及微纳米纤维素的制备技术领域。
【技术实现步骤摘要】
一种微纳米纤维素纤丝的分级分离装置、系统及方法
本专利技术涉及微纳米纤维素的制备
，具体涉及一种微纳米纤维素纤丝的分级分离装置、系统及方法。
技术介绍
微纳米纤维素是通过不同方法从植物纤维体中分离出来的一类具有微纳米级别尺寸的纤维素大分子材料，由于其高长径比、高结晶度，表面具有众多羟基，表面电荷丰富，因此具备了绿色环保、天然可再生、良好的生物相容性、光学性能和机械性能等特点，被广泛应用于食品、医疗、造纸和能源等领域。目前，微纳米纤维素的制备方法包括化学法和机械法。其中化学法包括酸解、TEMPO氧化、酶解等众多预处理过程，这些方法虽然可以获得尺寸均一的微纳米纤维，但过程繁琐，且存在废液污染的问题，不利于工业化生产。而部分机械法虽然能耗低，无污染，但其产品会存在尺寸分布不均一的问题，极大限制了微纳米纤维素纤丝的高值化应用。因此如何将这些尺寸分布不均一的微纳米纤维素进行分级分离，对微纳米纤维素纤丝的工业化应用至关重要。目前已有一些方法来实现微纳米纤维素的分离分级：例如冯欣等公开了申请号为CN201410000429.0的中国专利“一种利用苎麻纤维原料制备分级纳米纤维素的方法”，该专利技术使用超声处理纤维素乙醇悬浮液，然后通过离心，将上层清液中的纳米纤维素和下层沉淀中的微米纤维素分离开。曾劲松等公开了申请号为CN201810960739.5的中国专利“一种采用微通道分级分离纤维素的方法”，该专利技术使用了微流控技术来实现纳米纤维素的分级分离。以上两种分级分离方法都可以实现微纳米纤维素的有效分离，但是由于这两种微通道分级分离的方法是基于微流控技术和超声技术，而目前的超声技术难以工程化，所以不能大规模生产，更适合于实验室进行操作。水力旋流器本身由于其高效的分离能力，已经被应用于不同长度的纸浆纤维的分级。然而，目前其应用仅限于大尺寸纤维的分级分离，在微纳米级尺寸领域的应用受到限制。这是因为传统的水力旋流器的分级分离是基于纤维之间的质量差实现的，而微纳米级纤维素长丝样品往往处于缠结的状态，即数根微纳米纤维素纤丝缠在一起，且这类样品中的大尺寸原纤维往往也已经被切断，和发生缠结的微纳米级纤维素纤丝之间重力差距较小。因此，单纯的质量差别难以实现微纳米级纤维素纤丝和大尺寸纤维分离。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提供了一种微纳米纤维素纤丝的分级分离装置，利用水利旋流器实现微纳米级纤维素纤丝和大尺寸原纤维的分级分离。本专利技术的另一个目的在于提供了一种微纳米纤维素纤丝的分级分离系统，可以实现微纳米纤维素纤丝分级分离的产业化，实现工业大规模生产。本专利技术的另一个目的在于提供了一种微纳米纤维素纤丝的分级分离方法。本专利技术的目的可以通过如下技术方案实现：一种微纳米纤维素纤丝的分级分离装置，包括壳体、箱盖、多个旋流管、环形块、支撑板、拉杆以及固定板；所述壳体顶部固定有箱盖，所述箱盖的顶部设有壳体轻相出口；所述壳体的底部设有壳体重相出口，壳体侧壁上设有壳体进料口；所述壳体进料口连接离心泵的出料口；所述环形块固定在壳体的内壁面上，所述支撑板固定在环形块上，支撑板和固定板上都设有对应的多个放置孔；拉杆的一端与支撑板连接，另一端与固定板连接；所述旋流管包括旋流管本体、旋流进料口、旋流轻相出口以及旋流重相出口，所述旋流进料口、旋流轻相出口以及旋流重相出口分别设置于旋流管本体的侧壁、顶部以及底部；所述旋流管本体放置于放置孔内，旋流进料口位于支撑板与固定板之间，旋流轻相出口位于固定板上端；所述壳体进料口与支撑板与固定板之间的空间连通。进一步地，在支撑板与固定板之间设置有限位板，所述限位板上设有与旋流管数量相适应的限位孔。限位板可以对旋流管进行限位，进一步固定旋流管，防止旋流管移动。进一步地，所述旋流进料口的直径范围为20mm至35mm，旋流轻相出口的直径范围为10至25mm，旋流重相出口的直径范围为15mm至25mm，旋流管本体的最大直径处的直径范围为50mm至100mm。单个旋流管的直径为数厘米大小，短流程旋流管才能实现有效的分级分离。进一步地，所示多个旋流管呈现同心圆的排列形式。使从壳体进料口进入的样品在壳体内的旋流过程中对旋流管的进料实现均匀分配。本专利技术的另一个目的可以通过如下技术方案实现：一种微纳米纤维素纤丝的分级分离系统，包括五个分级分离装置以及五个离心泵，每个离心泵的输出端与对应的分级分离装置的壳体进料口连接；所述第一、二、三个分级分离装置的壳体重相出口分别与第四个离心泵的进口连接；所述第四个分级分离装置的壳体重相出口与第五个离心泵的进口连接；所述第四、五个分级分离装置的壳体轻相出口与第三个离心泵的进口连接；所述第三个分级分离装置的壳体轻相出口与第二个离心泵的进口连接；所述第二个分级分离装置的壳体轻相出口与第一个离心泵的进口连接。进一步地，所述离心泵的工作压力范围为40MPa至45MPa，或者33MPa至38MPa。本专利技术的另一个目的可以通过如下技术方案实现：一种微纳米纤维素纤丝的分级分离方法，包括如下步骤：将跨尺度纤维素纤丝样品稀释至低浓度的悬浮液；通过搅拌获得分散均一的悬浮液；将悬浮液通入分级分离装置，调整离心泵的压力，实现大尺寸原纤维和微纳米级纤丝的分级分离。进一步地，所述悬浮液的浓度范围为0.01％至1％。进一步地，分散均一的悬浮液指跨尺度分布的纤维素纤丝样品在经过稀释之后必须要完全彻底的分散开，形成均一分散的纤维素悬浮液。进一步地，经过一个分离分级装置的重相和轻相分别再通入多个分级分离装置，实现大尺寸原纤维和微纳米级纤丝的进一步分级分离。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：1.目前常规工业化手段制备微纳米纤维素样品往往尺寸分布不均一或者能耗极大，本专利技术的分级分离装置可以通过对直径尺寸分布不均一的样品实现分级分离，对于微纳米纳米纤维素纤丝可以高效利用，大尺寸原纤维则可以重复制备过程，有利于微纳米纤维素纤丝制备和应用的发展。2.本专利技术分级分离方法操作简单，可以实现较高的分级分离程度，并且还可以根据应用的需求调整分级过程中的参数，获得分级过程中的能耗对应用过程中所需样品尺寸均一程度的适应。3.本专利技术技术易于产业化，进行的分级分离过程易于实现工业大规模生产。4.本专利技术技术绿色环保，无废物、废水排放。附图说明图1是本专利技术实施例中分级分离装置的结构示意图；图2是本专利技术实施例中分级分离装置的俯视图；图3是本专利技术实施例中旋流管的结构示意图；图4是本专利技术实施例中分级分离系统的结构示意图；图5是本专利技术实施例中尚未进行分级分离的微纳米纤维素纤丝样品的形貌分布；图6本专利技术实施例一中在0.125％浓度、高压条件下分离的轻相形貌分布；图7本专利技术实施例一中在0.125％浓度、高压条件下分离的重相形貌分布；图8本专利技术实施例二中在0.125％浓度、低压条件下分离的轻相形貌分布；图9本专利技术实施例二中在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种微纳米纤维素纤丝的分级分离装置，其特征在于，包括壳体、箱盖、多个旋流管、环形块、支撑板、拉杆以及固定板；所述壳体顶部固定有箱盖，所述箱盖的顶部设有壳体轻相出口；所述壳体的底部设有壳体重相出口，壳体侧壁上设有壳体进料口；所述壳体进料口连接离心泵的出料口；/n所述环形块固定在壳体的内壁面上，所述支撑板固定在环形块上，支撑板和固定板上都设有对应的多个放置孔；拉杆的一端与支撑板连接，另一端与固定板连接；/n所述旋流管包括旋流管本体、旋流进料口、旋流轻相出口以及旋流重相出口，所述旋流进料口、旋流轻相出口以及旋流重相出口分别设置于旋流管本体的侧壁、顶部以及底部；所述旋流管本体放置于放置孔内，旋流进料口位于支撑板与固定板之间，旋流轻相出口位于固定板上端；所述壳体进料口与支撑板与固定板之间的空间连通。/n
【技术特征摘要】
1.一种微纳米纤维素纤丝的分级分离装置，其特征在于，包括壳体、箱盖、多个旋流管、环形块、支撑板、拉杆以及固定板；所述壳体顶部固定有箱盖，所述箱盖的顶部设有壳体轻相出口；所述壳体的底部设有壳体重相出口，壳体侧壁上设有壳体进料口；所述壳体进料口连接离心泵的出料口；
所述环形块固定在壳体的内壁面上，所述支撑板固定在环形块上，支撑板和固定板上都设有对应的多个放置孔；拉杆的一端与支撑板连接，另一端与固定板连接；
所述旋流管包括旋流管本体、旋流进料口、旋流轻相出口以及旋流重相出口，所述旋流进料口、旋流轻相出口以及旋流重相出口分别设置于旋流管本体的侧壁、顶部以及底部；所述旋流管本体放置于放置孔内，旋流进料口位于支撑板与固定板之间，旋流轻相出口位于固定板上端；所述壳体进料口与支撑板与固定板之间的空间连通。
2.根据权利要求1所述的一种微纳米纤维素纤丝的分级分离装置，其特征在于，在支撑板与固定板之间设置有限位板，所述限位板上设有与旋流管数量相适应的限位孔。
3.根据权利要求1所述的一种微纳米纤维素纤丝的分级分离装置，其特征在于，所述旋流进料口的直径范围为20mm至35mm，旋流轻相出口的直径范围为10至25mm，旋流重相出口的直径范围为15mm至25mm，旋流管本体的最大直径处的直径范围为50mm至100mm。
4.根据权利要求1所述的一种微纳米纤维素纤丝的分级分离装置，其特征在于，所示多个旋流管呈现同心圆的排列形式。
5.包含权利要求1至4任一项所述的微纳米纤维素纤丝的分级分离装置的系统，其特征在于，包括五个分级分离装置...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾劲松，胡复港，曾展霆，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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