CN115414876A - 一种纤维素纳米纤丝凝胶的平板微波浓缩装置、方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纤维素纳米纤丝凝胶的平板微波浓缩装置、方法和应用，所述方法包括如下步骤：将待浓缩的CNF凝胶加入到待浓缩凝胶储存槽内，通过可调节堰嘴向堰嘴、CNF浓缩凝胶刮刀之间的传送带上流送CNF凝胶；通过调节可调节堰嘴高度来控制流送到传送带上的CNF凝胶的厚度；通过调节传送带的运行速度来控制CNF凝胶在干燥平板上的受热时间；通过调节加热装置压控制加热温度；通过调节微波加热装置的微波功率来控制微波干燥条件；将浓缩好的CNF凝胶收集到产品储存槽内。本方法，操作简单、过程可控，浓缩时间大大缩短，浓缩效率高，水分蒸发均匀，能量消耗低，易于实现大规模生产，易于实现工业化生产。
Description
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平板微波浓缩装置、方法和应用。
背景技术
纤维素纳米纤丝(CNF)具有非常优异的物理化学性能，比如机械性能高、亲水性好、绿色可降解、分散性能好，是目前木质生物质材料中非常重要的一种纳米尺寸的衍生物，其在诸多领域，比如催化剂、生物医疗、航空航天、储能领域等具有十分巨大的应用潜力。CNF具有优异的纳米尺寸性能，其长径比大，比表面积高，直径一般不超过100nm、长度可达到几十甚至上百微米。制备CNF的方法有很多种，一般分为物理法、化学法、生物法或者多种方法结合。目前最常用的方法是利用化学预处理结合物理机械高压均质法制备 CNF，该方法首先利用化学改性法，比如羧甲基化、阳离子醚化、TEMPO氧化等化学手段，将纤维素原料进行表面化学改性，赋予纤维素链表面丰富的官能基团，增大纳米纤维素链之间的排斥力，然后再利用高压均质机械作用的强剪切力，将纳米纤丝纤维素从纤维原料中分离开，由于纳米纤丝纤维素表面富有大量的羟基、羧甲基、羧基、季铵盐离子等亲水性官能团，具有优异的亲水性能和保水性能，所以一般制得的CNF产品通常是透明水凝胶状，而且一般高压均质机制备CNF凝胶的浓度不能太高，通常在0.01-1wt％左右，浓度太高则会发生高压均质机堵塞现象，影响规模化连续化生产。
由于制备的CNF产品具有优异的保水性能，其水分含量一般在99wt％以上，在后续运输、应用CNF产品的过程中不可避免将大量成本花费在水分的运输和去除方面，这会极大增加CNF产品的应用成本，严重制约CNF产品的高值化广泛应用。所以，如何将低浓CNF 产品进行有效蒸发浓缩，脱除其大量水分并提高其CNF固含量，是纳米纤维素制备和应用研究领域中非常关键的一个问题。而且传统CNF水凝胶产品具有极高的保水性，利用普通的烘箱干燥等方法并不能有效脱除CNF水凝胶中的水分，而且常规方法浓缩速率非常低，而且操作不当可能会导致CNF产品局部加热不均匀而引起CNF急剧失水而成膜甚至CNF纤维发生团聚、絮聚、碳化现象，导致CNF产品不能再分散和应用，这将严重影响CNF产品的物理化学性能和后续高值化应用研究，如何在干燥CNF凝胶产品过程中尽可能做到节能减排且不影响CNF产品的再分散等性能，是需要研发一种操作简单、浓缩时间短、浓缩效率高、易于实现工业化生产的浓缩CNF凝胶的方法。
通过检索，尚未发现与本发明专利申请相关的专利公开文献。
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平板微波浓缩装置、方法和应用。
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平板微波浓缩装置，所述装置包括待浓缩凝胶储存槽、传送带、加热装置、微波加热装置、CNF浓缩凝胶刮刀和产品储存槽，所述传送带的上表面沿水平方向设置，该传送带的材质为不渗水且导热的材质；
所述CNF浓缩凝胶刮刀设置于传送带的水平一侧，且CNF浓缩凝胶刮刀的一端与传送带相接触设置，CNF浓缩凝胶刮刀能够将传送带上表面且经过浓缩处理的CNF涂膜层刮下，传送带的水平另一侧上方设置待浓缩凝胶储存槽，该待浓缩凝胶储存槽内能够盛装待浓缩CNF凝胶，该待浓缩凝胶储存槽的底部水平一侧设置一可调节堰嘴，该可调节堰嘴正对CNF浓缩凝胶刮刀设置，待浓缩凝胶储存槽内的待浓缩CNF凝胶能够通过该堰嘴流送到堰嘴、CNF浓缩凝胶刮刀之间的传送带上表面上，CNF凝胶在传送带表面形成具有一定厚度的一层CNF涂膜层；
所述堰嘴、CNF浓缩凝胶刮刀之间的传送带下方设置加热装置，加热装置能够对其正上方的传送带及传送带上的CNF涂膜层进行加热浓缩操作；
所述堰嘴、CNF浓缩凝胶刮刀之间的传送带上方设置微波加热装置，该微波加热装置能够对其正下方的传送带上的CNF涂膜层进行微波加热浓缩操作；
所述产品储存槽设置在CNF浓缩凝胶刮刀的下方，该产品储存槽能够用来收集CNF浓缩凝胶刮刀刮下的CNF涂膜层。
进一步地，所述传送带的材质为导热橡胶或导热聚四氟乙烯。
进一步地，所述传送带的外表面为光滑表面设置；
或者，所述堰嘴流出的CNF凝胶能够均匀吸附在传送带的上表面上。
进一步地，所述装置还包括导热平板，所述加热装置与堰嘴、CNF浓缩凝胶刮刀之间的传送带之间设置导热平板，导热平板沿水平方向设置，加热装置能够通过导热平板对其正上方的传送带上的CNF涂膜层进行浓缩操作，该导热平板能够将加热装置内的热量传导到设置在其正上方的传送带、传送带上的CNF涂膜层；
所述加热装置内设置有水蒸气，该加热装置通过水蒸气给导热平板、传送带进行加热操作。
进一步地，所述可调节堰嘴包括堰嘴本体、上唇板和下唇板，所述上唇板和下唇板的一端均与堰嘴本体相连接设置，上唇板和下唇板的另一端能够开合设置，上唇板的另一端能够摆转，上唇板、下唇板之间的开合角度通过上唇板另一端的摆转角度大小实现。
如上所述的装置在纤维素纳米纤丝凝胶浓缩方面中的应用。
利用如上所述的装置的纤维素纳米纤丝凝胶的平板微波浓缩方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：将待浓缩的CNF凝胶加入到待浓缩凝胶储存槽内，通过可调节堰嘴向堰嘴、CNF浓缩凝胶刮刀之间的传送带上流送CNF凝胶；
步骤2：通过调节可调节堰嘴高度来控制流送到传送带上的CNF凝胶的厚度；通过调节传送带的运行速度来控制CNF凝胶在干燥平板上的受热时间；通过调节加热装置压控制加热温度；通过调节微波加热装置的微波功率来控制微波干燥条件；
步骤3：将步骤2浓缩好的CNF凝胶收集到产品储存槽内。
进一步地，所述步骤1中待浓缩的CNF凝胶的质量浓度为0.1wt％-2wt％，所述干燥后CNF凝胶的质量浓度为1.5wt％-100wt％；
或者，所述步骤2中堰嘴的高度为0.2-0.8cm；
或者，所述步骤2中传送带的运行速度为0.10-1.0m/min；
或者，所述步骤2中微波功率为100-1000W；
或者，所述步骤2中通过调节加热装置内的蒸气压来控制加热温度，内部蒸气压为0.2-1.5MPa。
进一步地，所述步骤1加热装置的有效干燥规格为1.5m X 0.2m。
如上所述的方法在纤维素纳米纤丝凝胶浓缩方面中的应用。
本发明取得的有益效果是：
1、本发明提出的一种纤维素纳米纤丝凝胶的平板微波浓缩方法，操作简单、过程可控，浓缩时间大大缩短，浓缩效率高，水分蒸发均匀，能量消耗低，易于实现大规模生产，易于实现工业化生产，本发明特别适合CNF等高黏度、高含水量的流体的浓缩过程。本发明克服了传统浓缩干燥方法存在的受热不均匀、浓缩效率低、易产生纳米纤维的团聚和碳化等瓶颈问题，给生产带来了极大便利。
2、本发明方法操作简单、浓缩时间短(2min-20min以内)、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，经过干燥浓缩处理后可大大提高CNF凝胶的浓度，实现了CNF凝胶的高浓度化，便于储存与运输，降低储存与运输成本。
3、本发明方法通过平板加热蒸发浓缩平铺在其表面的CNF凝胶膜，并辅助凝胶膜上方的微波加热设备，对含水的凝胶膜进一步加热浓缩，平板是将热量从底部向上传递，而微波加热是利用微波从凝胶中间进行加热，热量从凝胶内部向外进行辐射，二者协同加热作用，将凝胶均匀快速加热，促进水分蒸发，CNF浓缩效率更高。不易产生因加热不均匀而导致的CNF碳化或者纤维团聚、凝结等现象。本发明方法结合了平板加热和微波加热的优点，产生了1+1大于2的效果，蒸发浓缩效果比单一使用平板加热或微波加热浓缩效果更好。
4、本发明中平板干燥法是一种常见的物料干燥方法，而微波干燥具有干燥速率快、易于控制、节能环保等诸多优点也被广泛使用，将二者相结合来干燥浓缩CNF凝胶便可提高CNF凝胶的浓缩效率。
附图说明
图1为本发明装置的结构连接示意图及CNF凝胶的平板微波干燥过程图；
图2为本发明中可调节堰嘴的一种结构连接示意图。
具体实施方式
为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步地详细说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例所表示的范围。
本发明中所使用的原料，如无特殊说明，均为常规市售产品，本发明中所使用的方法，如无特殊说明，均为本领域常规方法，本发明所使用的各物质质量均为常规使用质量。
一种纤维素纳米纤丝凝胶的平板微波浓缩装置，如图1所示，所述装置包括待浓缩凝胶储存槽1、传送带10、加热装置9、微波加热装置5、CNF浓缩凝胶刮刀7和产品储存槽8，所述传送带的上表面沿水平方向设置，该传送带的材质为不渗水且导热的材质；
所述CNF浓缩凝胶刮刀设置于传送带的水平一侧，且CNF浓缩凝胶刮刀的一端与传送带相接触设置，CNF浓缩凝胶刮刀能够将传送带上表面且经过浓缩处理的CNF涂膜层刮下，传送带的水平另一侧上方设置待浓缩凝胶储存槽，该待浓缩凝胶储存槽内能够盛装待浓缩CNF凝胶2，该待浓缩凝胶储存槽的底部水平一侧设置一可调节堰嘴3，该可调节堰嘴正对CNF浓缩凝胶刮刀设置，待浓缩凝胶储存槽内的待浓缩CNF凝胶能够通过该堰嘴流送到堰嘴、CNF浓缩凝胶刮刀之间的传送带上表面上，CNF凝胶在传送带表面形成具有一定厚度的一层CNF涂膜层4；
所述堰嘴、CNF浓缩凝胶刮刀之间的传送带下方设置加热装置，加热装置能够对其正上方的传送带及传送带上的CNF涂膜层进行加热浓缩操作；
所述堰嘴、CNF浓缩凝胶刮刀之间的传送带上方设置微波加热装置，该微波加热装置能够对其正下方的传送带上的CNF涂膜层进行微波加热浓缩操作；
所述产品储存槽设置在CNF浓缩凝胶刮刀的下方，该产品储存槽能够用来收集CNF浓缩凝胶刮刀刮下的CNF涂膜层。
在本实施例中，所述传送带的材质为导热橡胶或导热聚四氟乙烯。
在本实施例中，所述传送带的外表面为光滑表面设置。
在本实施例中，所述堰嘴流出的CNF凝胶能够均匀吸附在传送带的上表面上。
在本实施例中，所述装置还包括导热平板6，所述加热装置与堰嘴、CNF浓缩凝胶刮刀之间的传送带之间设置导热平板，导热平板沿水平方向设置，加热装置能够通过导热平板对其正上方的传送带上的CNF涂膜层进行浓缩操作，该导热平板能够将加热装置内的热量传导到设置在其正上方的传送带、传送带上的CNF涂膜层，以蒸发水蒸气，达到浓缩 CNF的目的；
所述加热装置内设置有水蒸气，该加热装置通过水蒸气给导热平板、传送带进行加热操作。
本发明中可调节堰嘴为现有技术中的常规结构，因此本发明未详细介绍。本发明中可调节堰嘴可以为现有技术中造纸机流浆箱的堰嘴，具体地：
如图2所示，所述可调节堰嘴包括堰嘴本体32、上唇板31和下唇板33，所述上唇板和下唇板的一端均与堰嘴本体相连接设置，上唇板和下唇板的另一端能够开合设置，上唇板的另一端能够摆转，上唇板、下唇板之间的开合角度通过上唇板另一端的摆转角度大小实现。因此，在使用时，可以通过调整堰嘴上唇板与下唇板(下唇固定不动)之间的距离、开合大小、或者说角度α，来调整CNF凝胶流出来的厚薄，也就决定了CNF凝胶涂层的厚度。
如上所述的装置在纤维素纳米纤丝凝胶浓缩方面中的应用。
利用如上所述的装置的纤维素纳米纤丝凝胶的平板微波浓缩方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：将待浓缩的CNF凝胶加入到待浓缩凝胶储存槽内，通过可调节堰嘴向堰嘴、CNF浓缩凝胶刮刀之间的传送带上流送CNF凝胶；
步骤2：通过调节可调节堰嘴高度来控制流送到传送带上的CNF凝胶的厚度；通过调节传送带的运行速度来控制CNF凝胶在干燥平板上的受热时间；通过调节加热装置压控制加热温度；通过调节微波加热装置的微波功率来控制微波干燥条件；
步骤3：将步骤2浓缩好的CNF凝胶收集到产品储存槽内。
进一步地，所述步骤1中待浓缩的CNF凝胶的质量浓度为1％，所述干燥后CNF凝胶的质量浓度为1.5-100％；
或者，所述步骤2中堰嘴的高度为0.2-0.8cm；
或者，所述步骤2中传送带的运行速度为0.1-1.0m/min；
或者，所述步骤2中微波功率为100-1000W；
或者，所述步骤2中通过调节加热装置内的蒸气压来控制加热温度，内部蒸气压为0.2-1.5MPa。
进一步地，所述步骤1加热装置的有效干燥规格为1.5m X 0.2m。
如上所述的方法在纤维素纳米纤丝凝胶浓缩方面中的应用。
具体地，相关的制备及检测如下：
实施例1
利用如上所述的装置的纤维素纳米纤丝凝胶的平板微波浓缩方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：将待浓缩的CNF凝胶(0.1wt％)加入到待浓缩凝胶储存槽内，通过可调节堰嘴向堰嘴、CNF浓缩凝胶刮刀之间的传送带上流送CNF凝胶；
步骤2：通过调节可调节堰嘴高度来控制流送到传送带上的CNF凝胶的厚度；通过调节传送带的运行速度来控制CNF凝胶在干燥平板上的受热时间；通过调节加热装置内的蒸气压来控制加热温度；通过调节微波加热装置的微波功率来控制微波干燥条件；
步骤3：将步骤2浓缩好的CNF凝胶收集到产品储存槽内，收集好的浓缩后的CNF 质量浓度为3.5wt％。
其中，相关参数如下：
堰嘴高度为0.4cm。
传送带的运行速度为0.8m/min。
微波功率为200W。
加热装置内的蒸气压为0.4MPa。
实施例2
利用如上所述的装置的纤维素纳米纤丝凝胶的平板微波浓缩方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：将待浓缩的CNF凝胶(0.3wt％)加入到待浓缩凝胶储存槽内，通过可调节堰嘴向堰嘴、CNF浓缩凝胶刮刀之间的传送带上流送CNF凝胶；
步骤2：通过调节可调节堰嘴高度来控制流送到传送带上的CNF凝胶的厚度；通过调节传送带的运行速度来控制CNF凝胶在干燥平板上的受热时间；通过调节加热装置内的蒸气压来控制加热温度；通过调节微波加热装置的微波功率来控制微波干燥条件；
步骤3：将步骤2浓缩好的CNF凝胶收集到产品储存槽内，收集好的浓缩后的CNF 质量浓度为5wt％。
其中，相关参数如下：
堰嘴高度为0.3cm。
传送带的运行速度为0.5m/min。
微波功率为500W。
加热装置内的蒸气压为0.6MPa。
实施例3
利用如上所述的装置的纤维素纳米纤丝凝胶的平板微波浓缩方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：将待浓缩的CNF凝胶(1.8wt％)加入到待浓缩凝胶储存槽内，通过可调节堰嘴向堰嘴、CNF浓缩凝胶刮刀之间的传送带上流送CNF凝胶；
步骤2：通过调节可调节堰嘴高度来控制流送到传送带上的CNF凝胶的厚度；通过调节传送带的运行速度来控制CNF凝胶在干燥平板上的受热时间；通过调节加热装置内的蒸气压来控制加热温度；通过调节微波加热装置的微波功率来控制微波干燥条件；
步骤3：将步骤2浓缩好的CNF凝胶收集到产品储存槽内，收集好的浓缩后的CNF 质量浓度为15wt％。
其中，相关参数如下：
堰嘴高度为0.2cm。
传送带的运行速度为0.5m/min。
微波功率为500W。
加热装置内的蒸气压为0.8MPa。
实施例4
利用如上所述的装置的纤维素纳米纤丝凝胶的平板微波浓缩方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：将待浓缩的CNF凝胶(1.2wt％)加入到待浓缩凝胶储存槽内，通过可调节堰嘴向堰嘴、CNF浓缩凝胶刮刀之间的传送带上流送CNF凝胶；
步骤2：通过调节可调节堰嘴高度来控制流送到传送带上的CNF凝胶的厚度；通过调节传送带的运行速度来控制CNF凝胶在干燥平板上的受热时间；通过调节加热装置内的蒸气压来控制加热温度；通过调节微波加热装置的微波功率来控制微波干燥条件；
步骤3：将步骤2浓缩好的CNF凝胶收集到产品储存槽内，收集好的浓缩后的CNF 浓度为4.5wt％。
其中，相关参数如下：
堰嘴高度为0.4cm。
传送带的运行速度为0.6m/min。
微波功率为200W。
加热装置内的蒸气压为0.5MPa。
实施例5
利用如上所述的装置的纤维素纳米纤丝凝胶的平板微波浓缩方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：将待浓缩的CNF凝胶(0.6wt％)加入到待浓缩凝胶储存槽内，通过可调节堰嘴向堰嘴、CNF浓缩凝胶刮刀之间的传送带上流送CNF凝胶；
步骤2：通过调节可调节堰嘴高度来控制流送到传送带上的CNF凝胶的厚度；通过调节传送带的运行速度来控制CNF凝胶在干燥平板上的受热时间；通过调节加热装置内的蒸气压来控制加热温度；通过调节微波加热装置的微波功率来控制微波干燥条件；
步骤3：将步骤2浓缩好的CNF凝胶收集到产品储存槽内，收集好的浓缩后的CNF 质量浓度为3.5wt％。
其中，相关参数如下：
堰嘴高度为0.3cm。
传送带的运行速度为0.6m/min。
微波功率为400W。
加热装置内的蒸气压为0.4MPa。
实施例6
利用如上所述的装置的纤维素纳米纤丝凝胶的平板微波浓缩方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：将待浓缩的CNF凝胶(0.2wt％)加入到待浓缩凝胶储存槽内，通过可调节堰嘴向堰嘴、CNF浓缩凝胶刮刀之间的传送带上流送CNF凝胶；
步骤2：通过调节可调节堰嘴高度来控制流送到传送带上的CNF凝胶的厚度；通过调节传送带的运行速度来控制CNF凝胶在干燥平板上的受热时间；通过调节加热装置内的蒸气压来控制加热温度；通过调节微波加热装置的微波功率来控制微波干燥条件；
步骤3：将步骤2浓缩好的CNF凝胶收集到产品储存槽内，收集好的浓缩后的CNF 质量浓度为8.5wt％。
其中，相关参数如下：
堰嘴高度为0.3cm。
传送带的运行速度为0.5m/min。
微波功率为800W。
加热装置内的蒸气压为0.8MPa。
实施例7
利用如上所述的装置的纤维素纳米纤丝凝胶的平板微波浓缩方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：将待浓缩的CNF凝胶(1wt％)加入到待浓缩凝胶储存槽内，通过可调节堰嘴向堰嘴、CNF浓缩凝胶刮刀之间的传送带上流送CNF凝胶；
步骤2：通过调节可调节堰嘴高度来控制流送到传送带上的CNF凝胶的厚度；通过调节传送带的运行速度来控制CNF凝胶在干燥平板上的受热时间；通过调节加热装置内的蒸气压来控制加热温度；通过调节微波加热装置的微波功率来控制微波干燥条件；
步骤3：将步骤2浓缩好的CNF凝胶收集到产品储存槽内，收集好的浓缩后的CNF 质量浓度为9.6wt％。
其中，相关参数如下：
堰嘴高度为0.2cm。
传送带的运行速度为0.8m/min。
微波功率为600W。
加热装置内的蒸气压为0.8MPa。
本发明的相关检测如下：
1、与现有技术中的干燥设备相比，本发明装置及方法的优势是操作方便、参数控制简单、干燥效率较高、克服传统烘箱干燥的干燥不均匀、局部受热过高时会发生纤维结块絮聚、甚至发生纤维碳化等现象，严重影响产品的质量、再分散性能等。
2、本发明方法中堰嘴高度、传送带运行速度、加热装置内部蒸气压、微波功率之间具有协同作用的相关检测
较优的方案为：堰嘴的高度为0.2-0.8cm，传送带的运行速度为0.1-1.0m/min，微波功率为100-1000W，加热装置内的蒸气压为0.2-1.5MPa。
表1本发明实施例1至8及对比例的条件及结果表
其中，表1中对比例1的相关检测方法、参数等除了表1中记载的不同之外，其余均同实施例2；表1中对比例2的相关检测方法、参数等除了表1中记载的不同之外，其余均同实施例3；表1中对比例3的相关检测方法、参数等除了表1中记载的不同之外，其余均同实施例4；表1中对比例4的相关检测方法、参数等除了表1中记载的不同之外，其余均同实施例5；表1中对比例5的相关检测方法、参数等除了表1中记载的不同之外，其余均同实施例6；表1中对比例6的相关检测方法、参数等除了表1中记载的不同之外，其余均同实施例7。
由表1可以看出，由实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6、实施例7和实施例8的检测实验结果可知，当检测条件满足“堰嘴的高度为0.2-0.8cm，传送带的运行速度为0.1-1.0m/min，微波功率为100-1000W，加热装置内的蒸气压为0.2-1.5 MPa”的范围时，CNF凝胶的干燥浓缩过程是比较顺利且均匀的，浓缩后的CNF浓度达到了既定的目标浓缩浓度范围：1.5wt％-100wt％，浓缩过程并没有发现CNF凝胶因局部受热过高而发生纤维结块、絮凝、团聚等现象出现，也并没有发生纤维碳化现象，而且浓缩后的CNF凝胶具有良好的再分散性能。
由对比例1、对比例2、对比例3、对比例4、对比例5和对比例6的检测实验结果可知，当检测条件(单个条件或多个条件)超出本发明的范围“堰嘴的高度为0.2-0.8cm，传送带的运行速度为0.1-1.0m/min，微波功率为100-1000W，加热装置内的蒸气压为0.2-1.5 MPa”时，在CNF凝胶干燥浓缩过程中可能会出现：1、当加热装置内的蒸气压超过既定范围1.5MPa时，加热板温度过高，CNF膜底部受热过高，会发生纤维结块、絮凝现象，而且也会发生局部纤维碳化现象，导致浓缩后的CNF凝胶的再分散性较差(对比例1)； 2、当堰嘴高度(0.1cm)低于本发明所保护的堰嘴高度范围0.2-0.8cm时，会导致CNF 凝胶膜的厚度较薄，凝胶蒸发水速率较快，会导致CNF发生结块、絮凝现象，而且也会发生因水分失去过快而局部CNF碳化现象，导致浓缩后的CNF再分散性较差(对比例2)； 3、当传送带运行速度(2.1m/min)超过本发明所保护的传送带运行速度范围时，由于传送带速度较快，CNF膜受热时间较短，水分蒸发量较小，达不到浓缩的目的(浓缩前CNF 浓度为1.2wt％，浓缩后CNF浓度仅为1.4wt％)(对比例3)；4、当微波加热功率(1100 W)超过本专利所保护的功率范围(100-1000W)时，微波加热功率过高会导致CNF膜内部水分蒸发速率过快，纤维发生结块絮凝现象，最终导致浓缩后的CNF凝胶的再分散性较差(对比例4)；5、当堰嘴高度(0.1cm)低于本发明所保护的范围(0.2-0.8cm)，加热装置内部蒸气压力(0.1MPa)小于本发明所保护范围(0.2-1.5MPa)时，即使CNF凝胶膜厚度低于既定范围最小值，但由于加热板温度过低，导致CNF膜水分蒸发速率过低，蒸发效率低，不能达到浓缩目的，最终的CNF凝胶浓度仅从0.2wt％提高至0.5wt％(对比例5)； 6、当堰嘴高度(0.9cm)高于本发明所保护的堰嘴高度范围0.2-0.8cm时，会导致CNF 凝胶膜的厚度较厚，导致水分蒸发速率较低，整体蒸发效果较差，达不到浓缩目的(对比例6)。
通过表1可以看出，本发明中当同时使用较优的方案即堰嘴的高度为0.2-0.8cm，传送带的运行速度为0.1-1.0m/min，微波功率为100-1000W，加热装置内的蒸气压为0.2-1.5 MPa协同浓缩处理时，所得浓缩处理产品的质量、再分散性能明显要高于单一处理，或者两因素同时处理时的效果。由此可见，本发明中较优的方案即堰嘴的高度为0.2-0.8cm，传送带的运行速度为0.1-1.0m/min，微波功率为100-1000W，加热装置内的蒸气压为0.2-1.5 MPa之间具有协同作用。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例所公开的内容。
Claims (10)
1.一种纤维素纳米纤丝凝胶的平板微波浓缩装置，其特征在于：所述装置包括待浓缩凝胶储存槽、传送带、加热装置、微波加热装置、CNF浓缩凝胶刮刀和产品储存槽，所述传送带的上表面沿水平方向设置，该传送带的材质为不渗水且导热的材质；
所述CNF浓缩凝胶刮刀设置于传送带的水平一侧，且CNF浓缩凝胶刮刀的一端与传送带相接触设置，CNF浓缩凝胶刮刀能够将传送带上表面且经过浓缩处理的CNF涂膜层刮下，传送带的水平另一侧上方设置待浓缩凝胶储存槽，该待浓缩凝胶储存槽内能够盛装待浓缩CNF凝胶，该待浓缩凝胶储存槽的底部水平一侧设置一可调节堰嘴，该可调节堰嘴正对CNF浓缩凝胶刮刀设置，待浓缩凝胶储存槽内的待浓缩CNF凝胶能够通过该堰嘴流送到堰嘴、CNF浓缩凝胶刮刀之间的传送带上表面上，CNF凝胶在传送带表面形成具有一定厚度的一层CNF涂膜层；
所述堰嘴、CNF浓缩凝胶刮刀之间的传送带下方设置加热装置，加热装置能够对其正上方的传送带及传送带上的CNF涂膜层进行加热浓缩操作；
所述堰嘴、CNF浓缩凝胶刮刀之间的传送带上方设置微波加热装置，该微波加热装置能够对其正下方的传送带上的CNF涂膜层进行微波加热浓缩操作；
所述产品储存槽设置在CNF浓缩凝胶刮刀的下方，该产品储存槽能够用来收集CNF浓缩凝胶刮刀刮下的CNF涂膜层。
2.根据权利要求1所述的纤维素纳米纤丝凝胶的平板微波浓缩装置，其特征在于：所述传送带的材质为导热橡胶或导热聚四氟乙烯。
3.根据权利要求1所述的纤维素纳米纤丝凝胶的平板微波浓缩装置，其特征在于：所述传送带的外表面为光滑表面设置；
或者，所述堰嘴流出的CNF凝胶能够均匀吸附在传送带的上表面上。
4.根据权利要求1所述的纤维素纳米纤丝凝胶的平板微波浓缩装置，其特征在于：所述装置还包括导热平板，所述加热装置与堰嘴、CNF浓缩凝胶刮刀之间的传送带之间设置导热平板，导热平板沿水平方向设置，加热装置能够通过导热平板对其正上方的传送带上的CNF涂膜层进行浓缩操作，该导热平板能够将加热装置内的热量传导到设置在其正上方的传送带、传送带上的CNF涂膜层；
所述加热装置内设置有水蒸气，该加热装置通过水蒸气给导热平板、传送带进行加热操作。
5.根据权利要求1至4任一项所述的纤维素纳米纤丝凝胶的平板微波浓缩装置，其特征在于：所述可调节堰嘴包括堰嘴本体、上唇板和下唇板，所述上唇板和下唇板的一端均与堰嘴本体相连接设置，上唇板和下唇板的另一端能够开合设置，上唇板的另一端能够摆转，上唇板、下唇板之间的开合角度通过上唇板另一端的摆转角度大小实现。
6.如权利要求1至4任一项所述的装置在纤维素纳米纤丝凝胶浓缩方面中的应用。
7.利用如权利要求1至4任一项所述的装置的纤维素纳米纤丝凝胶的平板微波浓缩方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
步骤1：将待浓缩的CNF凝胶加入到待浓缩凝胶储存槽内，通过可调节堰嘴向堰嘴、CNF浓缩凝胶刮刀之间的传送带上流送CNF凝胶；
步骤2：通过调节可调节堰嘴高度来控制流送到传送带上的CNF凝胶的厚度；通过调节传送带的运行速度来控制CNF凝胶在干燥平板上的受热时间；通过调节加热装置压控制加热温度；通过调节微波加热装置的微波功率来控制微波干燥条件；
步骤3：将步骤2浓缩好的CNF凝胶收集到产品储存槽内。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述步骤1中待浓缩的CNF凝胶的质量浓度为0.1wt％-2wt％，所述干燥后CNF凝胶的质量浓度为1.5wt％-100wt％；
或者，所述步骤2中堰嘴的高度为0.2-0.8cm；
或者，所述步骤2中传送带的运行速度为0.1-1.0m/min；
或者，所述步骤2中微波功率为100-1000W；
或者，所述步骤2中通过调节加热装置内的蒸气压来控制加热温度，内部蒸气压为0.2-1.5MPa。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于：所述步骤1加热装置的有效干燥规格为1.5m X 0.2m。
10.如权利要求7至9任一项所述的方法在纤维素纳米纤丝凝胶浓缩方面中的应用。
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