作為一種新興的纖維素納米材料,纖維素納米纖絲(CNF)已經(jīng)在造紙、材料化學(xué)、醫(yī)學(xué)、化妝品等領(lǐng)域顯示出巨大的潛力。為了實現(xiàn)CNF高值化應(yīng)用,因此需要研究納米纖維素的綠色制備和分級分離等關(guān)鍵技術(shù)。關(guān)于納米纖維素的分級分離目前主要的分離方法如膜分離、泡沫分離、水力旋流器和離心分離均沒有達(dá)到比較理想的分級分離效果。本文主要圍繞螺旋微流道對TEMPO氧化制備的CNF的分級分離,展開了以下研究:1.根據(jù)螺旋微流控芯片分級分離的原理和設(shè)計原則,設(shè)計了不同螺旋結(jié)構(gòu)、不同曲率半徑和圈數(shù)的八種微流控芯片,八種芯片包括:最小螺旋半徑為3 mm,最大螺旋半徑為10 mm,螺旋圈數(shù)分別為T=6和T=4的單、雙螺旋微流控芯片;最小螺旋半徑為5 mm,最大螺旋半徑為15 mm,螺旋圈數(shù)分別為T=4和T=6的單、雙螺旋微流控芯片;2.以針葉木漿板為原材料,用TEMPO氧化法制備了CNF,通過注射泵控制不同的流速,探索了八種芯片分級分離CNF的效果和分級分離的最佳流速。結(jié)果表明:在直徑方向上很難分級分離CNF,在長度方向上能實現(xiàn)CNF的分級分離;在流速為50-90μL/min的范圍內(nèi),八種芯片均能在流速為80μL/min時實現(xiàn)CNF的分級分離;3.采用交叉率和A值兩種指標(biāo)對八種芯片在最佳流速下分級分離CNF的效果進(jìn)行評價,交叉率表示三個出口相互之間的CNF曲線交叉點占總樣本的比率,A值表示三個出口CNF擬合曲線之間交叉面積。結(jié)果表明:螺旋結(jié)構(gòu)為單螺旋,最小曲率半徑為5 mm,圈數(shù)為6的螺旋微流道芯片對CNF分級分離的效果最佳;最佳流速和最佳芯片也適用于分級分離以闊葉木為原料,TEMPO氧化制備的CNF。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TB383.1;TQ352.79
【部分圖文】：

圖 2-1 微流道截面 CNF 平衡位置示意圖CNF 的平衡位置與微流道橫截面的形狀有關(guān)。如圖 2-1 所示，在一定雷諾數(shù)的微中，微流道截面是圓形時[54-55]，CNF 所在的平衡位置會隨著由剪切梯度引起的升力面誘導(dǎo)慣性升力的共同作用移動到距離微流道壁面一定距離的圓環(huán)平衡位置處；微橫截面是正方形時，CNF 所在的平衡位置在靠近微流道壁面對稱中心的四個平衡位[56]；當(dāng)微流道橫截面為高長寬比的長方形時，CNF 所在的平衡位置在靠近較長的道壁面中心的兩個平衡位置上，這是因為剪切升力在水平方向更強(qiáng)。因此為了方NF 的分級分離[57]，在后面的螺旋微流道的設(shè)計中采用高長寬比的長方形截面。C平衡位置除了與微流道橫截面的形狀有關(guān)，還與 CNF 所受流體的流速有關(guān)，由表 2-1 可以看出，CNF 所受凈慣性升力（即平衡力）與流體速度有密切的聯(lián)系[58-60]， CNF 在所在平衡位置也與流體速度有關(guān)，太快或者太慢的流速均不能使 CNF 很好焦在平衡位置上。基于此，這也是本文需要探討的關(guān)于 CNF 在螺旋微流道中達(dá)到位置所需的流體速度為多大。

單雙螺旋微流道設(shè)計圖

圖 3-1 CNF 分級分離示意圖3.5 CNF 的表征3.5.1 CNF 的表征方法1. SEM 的表征方法將分級分離前的納米纖維素懸浮液和分級分離后三個出口獲得納纖懸浮液都稀釋到 0.003%的濃度。在冰浴條件中超聲 5 min，用塑料滴管將超聲后的納纖懸浮液滴到云母片上，在常溫下干燥。經(jīng)噴金處理后，利用 SEM merlin 在加速電壓為 5 kV，放大倍數(shù)為 50 K 的情況下觀察納米纖維素的表面形態(tài)，每個樣品選取多點進(jìn)行掃描拍照。最后將獲得的 SEM 圖片[84]用 Nano Measurer 分析軟件進(jìn)行后續(xù)處理。2. TEM 的表征方法

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2829596