[发明专利]一种纤维素纳米纤丝凝胶的烘缸加热浓缩装置、方法和应用

说明书

本发明公开了一种纤维素纳米纤丝凝胶的烘缸加热浓缩装置、方法和应用，所述方法包括如下步骤：将CNF凝胶加入到低浓度CNF凝胶储存槽内，通过转动着的烘缸带动CNF凝胶流送；通过调节烘缸内的水蒸气压力改变烘缸外表面温度；通过调节烘缸转速来调节CNF涂膜在烘缸上的加热时间；通过调节第一刮刀与烘缸外表面间的距离来调节CNF涂膜的厚度；将步骤2浓缩好的CNF涂膜通过第二刮刀刮取、收集。本发明方法具有操作简单、浓缩时间短、浓缩效率高、易于实现工业化生产等优点。同时经过烘缸浓缩处理后可大大提高CNF凝胶的浓度，便于运输与储存。

技术领域

本发明属于纳米纤维素的浓缩处理技术领域，尤其是一种纤维素纳米纤丝凝胶的烘缸加热浓缩装置、方法和应用。

背景技术

纤维素纳米纤丝(CNF)具有良好的物理机械性能、高亲水性、可再生、易降解、绿色无毒、反应活性高等优点，成为一种极具发展潜力的绿色增强材料，在医学、食品、造纸、石油开采、电子产品等领域有着广泛的应用。CNF直径一般小于100nm、其长度在几微米到几十微米之间，既包含结晶区又包含非结晶区，具有较高的长径比。CNF通常采用生物或化学预处理辅助机械法制得，如高压均质、冷冻粉碎、超声处理等。目前，高压均质是最常用的方法。在高压均质处理制备纤维素纳米纤丝的过程中，为了防止纤维在纳米纤化过程中因其强大的吸水保水能力生成凝胶并堵塞高压均质管道，所配制的纸浆悬浮液浓度不能太高，一般在0.01wt％-1wt％左右，所制得的CNF水凝胶呈现透明果冻状，具有很高的水分(99wt％-99.99wt％)和黏度值，严重影响了CNF的后续储存和使用，并极大增加了运输成本。常规烘箱浓缩干燥不能解决纤维素纳米纤丝凝胶的受热不均匀、浓缩效率低等瓶颈问题，而且纳米纤维的过度浓缩干燥会在氢键作用下产生密实牢固的纤维团聚体，严重影响其再分散性能，并且，由于CNF水凝胶具有优异的保水性，利用常规烘箱等方法干燥并不能有效去除水凝胶水分以提高其浓度，浓缩效率极低，而且常规的干燥方法很可能导致CNF水凝胶局部受热不均而引起CNF成膜甚至碳化，严重影响CNF产品的品质和后续应用，且常规干燥方法也会消耗大量的热量和能量，在“双碳”背景下不利于“碳达峰、碳中和”目标的实现。鉴于此，开发一种操作简单、浓缩时间短、水分蒸发均匀、浓缩效率高、能量消耗低、易于实现工业化生产的CNF凝胶的浓缩方法具有重要的实际意义。

通过检索，发现如下两篇与本发明专利申请相关的专利公开文献：

1、一种以生物质纳米纤丝化纤维素为模板制备无机氧化物气凝胶的方法(CN103112830A)，本发明的目的是要解决现有制备无机氧化物气凝胶的方法存在工艺复杂、成本昂贵及产率低的问题。方法：一、制备生物质纳米纤丝化纤维素水溶液；二、制备生物质纳米纤丝化纤维素无水乙醇溶液；三、混合得到无机/生物质纳米纤丝化纤维素混合溶液；四、制备无机/生物质纳米纤丝化纤维素复合材料分散液；五、置换浓缩得到无机/生物质纳米纤丝化纤维素复合材料/叔丁醇悬浮液；六、干燥处理得到叔丁醇/无机/生物质纳米纤丝化纤维素复合材料；七、经脱模板处理，即得到无机氧化物气凝胶。本发明主要用于制备无机氧化物气凝胶。

2、一种提高纳米纤丝纤维素热性能的方法(CN107216396A)，该方法通过1)纳米纤丝纤维素甲苯悬浮液的制备、2)乙酸酐反应体系的制备、3)乙酰化纳米纤丝纤维素的制备和4)对纳米纤丝纤维素进行乙酰化改性处理四个步骤完成提高纳米纤丝纤维素热性能的方法。本发明使得纳米纤丝纤维素的热性能显著提高，极大地拓宽其研究与应用范围。

通过对比，本发明专利申请与上述专利公开文献存在本质的不同。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术上存在的问题，提供一种纤维素纳米纤丝凝胶的烘缸加热浓缩法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种纤维素纳米纤丝凝胶的烘缸加热浓缩装置，所述装置包括低浓度CNF凝胶储存槽、烘缸、电机、第一刮刀、第二刮刀，所述低浓度CNF凝胶储存槽沿水平方向设置，该储存槽内能够盛放待浓缩的低浓度CNF凝胶；