[发明专利]一种采用微通道分级分离纤维素的方法

说明书

本发明公开了一种采用微通道分级分离纤维素的方法,包括以下步骤：(1)将微米或纳米长度的纤维素配置成纤维素悬浊液，并使样品完全分散；(2)将纤维素通过注射泵泵入到微通道中；(3)通过注射泵控制流速，使不同粒径、长度范围的纤维素分别从微通道的不同出口流出。本发明解决了现有技术无法对纳米纤维素分级分离的问题，分级分离工艺简单，易于实施，能量消耗小，快速简便，可持续生产。

技术领域

本发明涉及纤维素的分离方法，特别涉及一种采用微通道分级分离纤维素的方法。

背景技术

石化资源的应用造成了严重的污染问题，人们将未来能源和材料的来源聚焦于生物质。植物资源广泛存在于自然界中，主要包含纤维素、半纤维素和木素三种组分，来源广泛且环境友好，是一种可再生的自然资源。近年来，研究者们不断深入研究纤维素结构与性能的关系，优化纤维素的某些性能，开发出其更多的功能，使纤维素这类可再生资源有更为广阔的应用前景和范围。其中，纳米微晶纤维素由于其高透明度、低密度、低热膨胀性、生物可降解性、环境友好性、大的比表面积、生物相容性、稳定的化学性质、高强度等优点成为一种新型的材料，在造纸、化工、食品、医药、材料等领域有着广阔的应用前景。然而，微纳米纤维素的应用在一定程度上取决于它的几何结构，尤其是它的长度。例如，尺寸较短的纤维在功能性膜和塑料制品中有较多的优势，尺寸较长的纤维适合用作材料增强剂，因此，微纳米纤维素的分级分离显得尤为重要。然而，目前并没有好的方法可以将纤维素进行分级分离。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种采用微通道分级分离纤维素的方法，解决了现有技术无法对纳米纤维素分级分离的问题，分级分离工艺简单，易于实施，能量消耗小，快速简便，可持续生产。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种采用微通道分级分离纤维素的方法,包括以下步骤：

(1)将微米或纳米长度的纤维素配置成纤维素悬浊液，并使样品完全分散；

(2)将纤维素通过注射泵泵入到微通道中；

(3)通过注射泵控制流速，使不同粒径、长度范围的纤维素分别从微通道的不同出口流出。

步骤(1)所述纤维素为针叶木浆、阔叶木浆、非木材浆、废纸浆。

步骤(1)所述纤维素悬浊液中纤维素的浓度范围为0.001-0.1wt％。

所述纤维素的长度为100纳米至10微米。

所述微通道为单螺旋通道、双螺旋通道、S型通道或直线通道。

所述的微通道的横截面形状为矩形、圆形、梯形、正方形中的一种。

所述微通道的出口包括多个。

所述微通道的曲率半径为0.1毫米至10厘米；所述的微通道的尺度范围为1微米至100毫米。

步骤(3)完成后进行以下步骤：(4)将步骤(3)收集到的纤维素通过注射泵泵入到微通道中，通过注射泵控制流速，使不同粒径、长度范围的纤维素分别从微通道的出口流出。

所述的采用微通道分级分离纤维素的方法,重复步骤(4)多次。

本发明的纳米纤维素在直的微通道中的分离归因于惯性升力和拖拽力的平衡，其中惯性升力包括剪切惯性升力和壁效应升力；基于纳米纤维素长度的不同，剪切惯性升力和壁效应升力大小不同，导致不同尺寸的纳米纤维素在横向方向产生不同的位移，直到纳米纤维素受力平衡，到达平衡位置，因此从不同的出口中可以收集到尺寸不同的纳米纤维素。在有曲率的微通道中，除了惯性升力和拖拽力作用于纳米纤维素外，迪恩力也会作用于纳米纤维素。迪恩力的引入，使得纳米纤维素在微通道中的平衡位置减少，更有利于实现分离。与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：