[發明專利]連續化超聲法制備天然納米纖維的設備及方法

無效

• 申請號: 201210566645.2
• 申請日: 2012-12-24
• 公開（公告）號: CN103060930A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 于海鵬;陳文帥;劉永壯;李勍
• 申請（專利權）人: 東北林業大學
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00;D01D1/02;D01D11/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 高媛

技術領域

本發明涉及一種天然納米纖維制備設備及方法，具體涉及一種連續化超聲法制備天然納米纖維的設備及方法。?

背景技術

超聲波可用于固體的粉碎、乳化、脫氣、除塵、去垢、清洗、滅菌、促進化學反應和進行生物學研究等。超聲波細胞粉碎機是一種利用強超聲在液體中產生空化效應，對物質進行超聲破碎處理的多功能、多用途的儀器，能用于多種動植物細胞、病毒細胞的破碎，同時可用來乳化、分離、勻化、提取、消泡、清洗及加速化學反應等等，被廣泛應用于生物化學、微生物學、藥物化學、表面化學、物理學、動物學等領域。?

天然生物纖維材料主要為生物體的高分子(如纖維素、多糖、結構蛋白、核酸等)形成的纖維，其中，纖維素是植物原料的重要組分，可來源于木材、竹材、棉、麻、農作物秸稈、甘蔗渣等植物或其廢棄物，結構蛋白也是一重要類別，包括蠶絲、蜘蛛絲和膠原纖維等。它們共同的特點都是由具有納米尺度的纖維“自下而上”復合而成，體現了一定的層次和尺度特性。以此為基礎，采用化學法、機械法、生物法可以將它們分解為納米尺度的纖維，從而形成來源于天然生物原料的納米材料，這種納米材料也顯示出在先進功能材料、食品、醫藥、建筑材料、生物組織工程等方面的廣闊應用前景。?

超聲法是分離制備天然納米纖維的方法之一，但是目前市場上利用超聲波進行纖維分纖納米化的儀器多為單個探頭的超聲波細胞粉碎儀，實驗室的研究多采用將微米級或更多尺寸的纖維懸濁液放在燒杯中，然后進行超聲破碎處理。但這種方法存在能量分布不均、試驗規模過小、不能連續化加工等問題，不能滿足天然納米纖維大批量產業化生產的需求。?

發明內容

本發明的目的是為解決現有超聲法分離制備天然納米纖維存在能量分布不均，試驗規模過小、不能連續化加工，不能滿足天然納米纖維大批量產業化生產需求的問題，而提供一種連續化超聲法制備天然納米纖維的設備及方法。?

設備：本發明的連續化超聲法制備天然納米纖維的設備包括超聲裝置、反應釜和進料管，所述超聲裝置包括工作臺、超聲槽、出料管、控制器、超聲波發生器和數個超聲波換能器，所述超聲槽嵌于工作臺的內部，所述超聲槽的底部設有出料口，出料管的輸入端與?出料口相連，數個超聲波換能器沿超聲槽的長度方向均布設置，每個超聲波換能器的探頭端設置在超聲槽內，所述控制器和超聲波發生器依次設置在所述工作臺的下面，所述超聲波發生器通過導線分別與數個超聲波換能器連接，反應釜安裝于工作臺的外部且位于超聲槽的上方，進料管的輸入端與反應釜的出料口連接，進料管的輸出端與超聲槽連通。?

方法：連續化超聲法制備天然納米纖維的方法是按照以下步驟實現的：?

步驟一、配制天然纖維原料的反應物混合液：將天然纖維原料和溶劑裝入反應釜中，天然纖維原料與溶劑的質量比為1～10∶100，在溫度為20～80℃、攪拌速度為50～500r/min的條件下，攪拌60min，得到反應物混合液；?

步驟二、輸送反應物混合液至超聲槽：將超聲槽的進料口開啟，反應物混合液經進料管流入超聲槽中，料漿液面淹沒數個超聲波換能器的探頭端后關閉超聲槽的進料口；?

步驟三、超聲：超聲槽內的反應物混合液與超聲波換能器充分接觸，在超聲波發生器將工頻電轉變成20～50KHz的高頻電信號的條件下震蕩5～20min，得到天然納米纖維溶液；?

步驟四、出料：將步驟三所得的天然納米纖維溶液由出料口排出。?

步驟五、連續制備：重復步驟二至步驟四，進行下一批次的纖維素分纖化加工，實現天然納米纖維的連續制備。?

本發明與現有技術相比有具有如下優點：本發明的設備將反應釜與超聲裝置相連接，能夠實現物料的預處理和自動進給，便于工業化的連續生產。在大型超聲工作槽內配置多個超聲波換能器能使超聲波輻射面積更大、處理效果更均勻，實現原料液的大規模處理。利用本發明的設備實現天然納米纖維的制備，對反應物原料的處理量大；間隔分布的多個超聲換能器使得超聲波能量擴散面積更大、處理效果更均勻、分纖效率高、處理連續化程度高、能夠滿足天然納米纖維工業化大生產量的需求。?

附圖說明

圖1是本發明的連續化超聲法制備天然納米纖維的設備的整體結構示意圖。?

具體實施方式：