作为一种新兴的纤维素纳米材料,纤维素纳米纤丝(CNF)已经在造纸、材料化学、医学、化妆品等领域显示出巨大的潜力。为了实现CNF高值化应用,因此需要研究纳米纤维素的绿色制备和分级分离等关键技术。关于纳米纤维素的分级分离目前主要的分离方法如膜分离、泡沫分离、水力旋流器和离心分离均没有达到比较理想的分级分离效果。本文主要围绕螺旋微流道对TEMPO氧化制备的CNF的分级分离,展开了以下研究:1.根据螺旋微流控芯片分级分离的原理和设计原则,设计了不同螺旋结构、不同曲率半径和圈数的八种微流控芯片,八种芯片包括:最小螺旋半径为3 mm,最大螺旋半径为10 mm,螺旋圈数分别为T=6和T=4的单、双螺旋微流控芯片;最小螺旋半径为5 mm,最大螺旋半径为15 mm,螺旋圈数分别为T=4和T=6的单、双螺旋微流控芯片;2.以针叶木浆板为原材料,用TEMPO氧化法制备了CNF,通过注射泵控制不同的流速,探索了八种芯片分级分离CNF的效果和分级分离的最佳流速。结果表明:在直径方向上很难分级分离CNF,在长度方向上能实现CNF的分级分离;在流速为50-90μL/min的范围内,八种芯片均能在流速为80μL/min时实现CNF的分级分离;3.采用交叉率和A值两种指标对八种芯片在最佳流速下分级分离CNF的效果进行评价,交叉率表示三个出口相互之间的CNF曲线交叉点占总样本的比率,A值表示三个出口CNF拟合曲线之间交叉面积。结果表明:螺旋结构为单螺旋,最小曲率半径为5 mm,圈数为6的螺旋微流道芯片对CNF分级分离的效果最佳;最佳流速和最佳芯片也适用于分级分离以阔叶木为原料,TEMPO氧化制备的CNF。