一种离心力微流体萃取装置及其萃取方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及离心力微流体萃取装置及其萃取方法，所述离心力微流体萃取装置包括转动体、外筒、电机、支承轴、轴承、水相进料管、有机相进料管、受液槽、外筒定位固定板件和支撑系统；所述转动体从下至上依次由萃取段、导流段和电机连接段构成，萃取段为圆柱形，萃取段的外圆柱面上设有微型导流槽，转动体采用疏水性材料制作或其萃取段的外圆柱面采用疏水性修饰剂进行表面改性；所述外筒为圆筒体，外筒的内径大于转动体萃取段的外径，外筒采用亲水性材料制作或外筒的内壁采用亲水性修饰剂进行表面改性。使用本发明专利技术所述离心力微流体萃取装置进行萃取，在保持高传质效率的前提下可提高处理量，并降低装置放大的制作工艺要求和提高操作的稳定性。

Centrifugal force microfluidic extraction device and extraction method thereof

The invention relates to a centrifugal microfluid extraction device and an extraction method thereof. The centrifugal microfluid extraction device comprises a rotating body, an outer cylinder, a motor, a supporting shaft, a bearing, a water-phase feed pipe, an organic-phase feed pipe, a receiving tank, an outer cylinder positioning fixing plate and a supporting system; the rotating body is sequentially extracted from the bottom to the top. The extraction section is cylindrical, and the outer cylindrical surface of the extraction section is provided with a micro-channel. The outer cylindrical surface of the rotating body is made of hydrophobic materials or the extracting section is modified by hydrophobic modifier; the outer cylinder is a cylinder, and the inner diameter of the outer cylinder is larger than that of the extracting section of the rotating body. The outer cylinder is made of hydrophilic material or the inner wall of the outer cylinder is modified by hydrophilic modifier. The centrifugal force microfluidic extraction device is used for extracting, which can improve the processing capacity, reduce the manufacturing process requirement of the device enlargement and improve the operation stability on the premise of maintaining high mass transfer efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种离心力微流体萃取装置及其萃取方法
本专利技术属于化工液-液萃取领域，尤其涉及一种离心力微流体萃取装置及其萃取方法。
技术介绍
液-液萃取，是利用系统中组分在溶剂中有不同的溶解度来分离混合物的单元操作，其广泛应用于化学、冶金、食品等工业。萃取与其他分离溶液组分的方法相比，优点在于常温操作，节省能源，不涉及固体、气体，操作方便。目前，工业上用于萃取的装置主要有萃取塔、混合澄清槽、萃取离心机等，但这些萃取设备往往结构复杂、体积庞大、能耗高、效率低下等，因此若有一种高效且占地较小的萃取设备，将更加符合工业多样化的需求。微流体萃取装置，是指一种通过特殊的微加工技术，其内部单元结构的特征尺度在数微米到数百微米范围内，在此微尺度的有限空间内实现组分从一种溶剂内转移到另一种溶剂内快速分离的微型设备。微流体萃取装置具有大比表面积、萃取时间短、效率高、能耗低等优点，因此，微流体萃取装置能克服传统萃取设备的许多问题，具有很好的发展前景。中国专利公开号CN201510538000.1公开了一种微通道萃取稀土元素的方法，所述方法是将有机相与水相按照某种相比以一定体积流速经过微反应器的微通道中进行常温萃取，微反应器的微通道为双扇形、单矩形、交叉指型、圆形或双矩形横截面。此种方法的单级萃取效率高，但是处理量很小，只有0.033～2.5ml/min，其提到通过多个微通道的并联组合来提高微通道的处理量，然而，微通道的并联对制作工艺要求较高、流体流量分配较为复杂、操作的稳定性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种离心力微流体萃取装置及其萃取方法，以便在保持高传质效率的前提下提高处理量，并降低装置放大的制作工艺要求和提高操作的稳定性。为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术所述离心力微流体萃取装置，包括转动体、外筒、电机、支承轴、轴承、水相进料管、有机相进料管、受液槽、外筒定位固定板件和支撑系统；所述转动体从下至上依次由萃取段、导流段和电机连接段构成，萃取段为圆柱形，萃取段的外圆柱面上设有微型导流槽、底部中心部位设有与轴承和支承轴组合的第一中心孔，导流段为上小下大的圆锥台形，电机连接段为圆柱形，转动体采用疏水性材料制作或其萃取段的外圆柱面采用疏水性修饰剂进行表面改性；所述外筒为圆筒体，外筒的内径大于转动体萃取段的外径，且外筒的内径与转动体萃取段的外径之差为0.1～0.9mm，外筒的高度大于转动体萃取段的高度、小于转动体的整体高度，外筒采用亲水性材料制作或外筒的内壁采用亲水性修饰剂进行表面改性；所述支撑系统包括底座、顶座、立柱和支腿，立柱为两根，两根立柱相隔一间距固定在底座的顶面，支腿至少为两个，分别安装在底座的底面，顶座安放在两根立柱的顶面并与两根立柱固连；所述轴承至少为一件，所述受液槽的侧壁设有排液孔；上述各构件和部件的组合方式：所述受液槽安装在支撑系统的底座顶面并位于两根立柱之间，所述支承轴位于受液槽内并与受液槽底壁固连；所述轴承安装在支承轴上，所述转动体通过萃取段底部中心部位所设的第一中心孔与轴承和支承轴组合，组合后萃取段底部与受液槽底壁之间有一间距，支承轴顶部与第一中心孔底部之间有一间距；所述外筒定位固定板件与立柱连接，所述外筒套装在转动体的萃取段并应与转动体同轴线，通过外筒定位固定板件实现外筒的定位和固定；所述电机安装在支撑系统的顶座上，电机动力输出轴穿过顶座与转动体的电机连接段连接；所述水相进料管和有机相进料管安装在支撑系统的立柱上，安装位置应使水相进料管、有机相进料管的出液端高于转动体的萃取段并位于导流段底面的外缘与顶面的外缘之间且不接触导流段的锥面。上述离心力微流体萃取装置，其萃取段的外圆柱面上所设微型导流槽优选螺旋形或平行于萃取段轴线的条纹形，微型导流槽的宽度为0.2～1mm、深度为0.1～0.5mm。上述离心力微流体萃取装置，优选圆锥台形导流段的底面直径与圆柱形萃取段的直径相同，圆锥台形导流段的底面与锥面的夹角为α，5°≤α≤60°。上述离心力微流体萃取装置，其外筒定位固定板件为两套，定义为第一外筒定位固定板件和第二外筒定位固定板件，两套外筒定位固定板件结构相同，均由两个设有半圆形缺口的板条组成，该半圆形缺口的直径与外筒的外径匹配，第一外筒定位固定板件和第二外筒定位固定板件沿立柱的高度方向相隔一间距安装在立柱上。上述离心力微流体萃取装置，其水相进料管和有机相进料管可安装在同一根立柱上，也可分别安装在两根立柱上；水相进料管和有机相进料管的出液端为悬臂式安装方式或由外筒的筒壁支承。上述离心力微流体萃取装置，所述亲水性材料优选不锈钢或石英玻璃，亲水性修饰剂优选二甲基甲酰胺或质量浓度为10％的氢氧化钠水溶液；所述疏水性材料优选聚苯乙烯、有机玻璃、聚四氟乙烯或密度为941～960kg/m3的聚乙烯，疏水性修饰剂优选聚二甲基硅氧烷或十八烷基三氯硅烷。本专利技术所述微萃取方法，使用上述离心力微流体萃取装置，操作步骤如下：(1)启动电机，使电机的动力输出轴带动转动体转动；(2)将水相和有机相分别通过水相进料管和有机相进料管进料，两相液体下落至转动体的导流段锥面上，在离心力的作用下被甩至外筒的内壁上，然后流入外筒和转动体萃取段之间的环形间隙及萃取段的微型槽内，通过具有疏水性的萃取段外圆柱面及具有亲水性的外筒内壁分别形成有机相膜和水相膜，有机相膜附着在萃取段外圆柱面上，水相膜附着在外筒的内壁上，在离心力的作用下，有机相膜向水相膜挤兑，形成不断更新的动态界面传质，传质后的两相液体向下流入受液槽；(3)收集受液槽排液孔排出的液体，并进行静置分层。本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术所述离心力微流体萃取装置在外筒与转动体萃取段间构建了微米级的环形通道，由于外筒的亲水性和转动体萃取段的亲油性，流入环形通道的有机相、水相在离心力作用下迅速铺展成两相液膜，同时内层有机相液膜会向外层水相液膜挤兑，形成不断更新的动态界面，大大扩大了传质面积，因而使用本专利技术所述离心力微流体萃取装置和微流体萃取方法，具有传质效率高的优点，本装置的停留时间为5～20s，萃取效率为95％～100％。(2)由于本专利技术所述离心力微流体萃取装置的外筒与转动体之间形成的是纵向微米级通道，且在重力和离心力的作用下，两相液体会连续离开装置，不会发生通道堵塞，因而单级处理量至少能达到100mL/min；本专利技术所述微流体萃取装置还可采取物理放大与数量放大相结合的方式提高处理量，最大处理量可达65m3/h，能满足当前湿法磷酸的工业化生产要求。(3)本专利技术所述离心力微流体萃取装置可以通过调整转动体萃取段的高度及其表面上微型导流槽的数量、尺寸和螺旋角，实现对停留时间的合理控制，因此，在数量放大时可根据流量分配灵活选择转动体的形式，提高操作的稳定性；由于停留时间的可控，本装置对快反应和慢反应都有很好地适应性。(4)本专利技术所述离心力微流体萃取装置的结构使得并联组合时对制作工艺要求较低。(5)由于转动体萃取段圆柱面、外筒壁面分别具有亲油、亲水性特点，在离心力的作用下会形成内层为有机相、外层为水相的具有连续相界面的液膜接触，因此不会发生乳化，液体排出装置即可分相。(6)本专利技术所述离心力微流体萃取装置为立式结构，更有利于减小占地面积，且该装置结构简单，便于加工制作，因本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离心力微流体萃取装置，其特征在于包括转动体(1)、外筒(2)、电机(8)、支承轴(13)、轴承(15)、水相进料管(3)、有机相进料管(4)、受液槽(5)、外筒定位固定板件和支撑系统；所述转动体(1)从下至上依次由萃取段(1‑1)、导流段(1‑2)和电机连接段(1‑3)构成，萃取段(1‑1)为圆柱形，萃取段的外圆柱面上设有微型导流槽(1‑1‑1)、底部中心部位设有与轴承(15)和支承轴(13)组合的第一中心孔(1‑1‑2)，导流段(1‑2)为上小下大的圆锥台形，电机连接段(1‑3)为圆柱形，转动体采用疏水性材料制作或其萃取段(1‑1)的外圆柱面采用疏水性修饰剂进行表面改性；所述外筒(2)为圆筒体，外筒的内径大于转动体萃取段的外径，且外筒的内径与转动体萃取段的外径之差为0.1～0.9mm，外筒的高度大于转动体萃取段的高度、小于转动体的整体高度，外筒采用亲水性材料制作或外筒的内壁采用亲水性修饰剂进行表面改性；所述支撑系统包括底座(9)、顶座(11)、立柱(10)和支腿(12)，立柱(10)为两根，两根立柱相隔一间距固定在底座(9)的顶面，支腿(12)至少为两个，分别安装在底座(9)的底面，顶座(11)安放在两根立柱的顶面并与两根立柱固连；所述轴承(15)至少为一件，所述受液槽(5)的侧壁设有排液孔；所述受液槽(5)安装在支撑系统的底座(9)顶面并位于两根立柱(10)之间，所述支承轴(13)位于受液槽内并与受液槽底壁固连；所述轴承(15)安装在支承轴上，所述转动体(1)通过萃取段底部中心部位所设的第一中心孔(1‑1‑2)与轴承和支承轴组合，组合后萃取段(1‑1)底部与受液槽底壁之间有一间距，支承轴顶部与第一中心孔底部之间有一间距；所述外筒定位固定板件与立柱连接，所述外筒(2)套装在转动体的萃取段(1‑1)并应与转动体同轴线，通过外筒定位固定板件实现外筒的定位和固定；所述电机(8)安装在支撑系统的顶座(11)上，电机动力输出轴(8‑1)穿过顶座与转动体的电机连接段(1‑3)连接；所述水相进料管(3)和有机相进料管(4)安装在支撑系统的立柱(10)上，安装位置应使水相进料管(3)、有机相进料管(4)的出液端高于转动体的萃取段并位于导流段(1‑2)底面的外缘与顶面的外缘之间且不接触导流段的锥面。...

【技术特征摘要】
1.一种离心力微流体萃取装置，其特征在于包括转动体(1)、外筒(2)、电机(8)、支承轴(13)、轴承(15)、水相进料管(3)、有机相进料管(4)、受液槽(5)、外筒定位固定板件和支撑系统；所述转动体(1)从下至上依次由萃取段(1-1)、导流段(1-2)和电机连接段(1-3)构成，萃取段(1-1)为圆柱形，萃取段的外圆柱面上设有微型导流槽(1-1-1)、底部中心部位设有与轴承(15)和支承轴(13)组合的第一中心孔(1-1-2)，导流段(1-2)为上小下大的圆锥台形，电机连接段(1-3)为圆柱形，转动体采用疏水性材料制作或其萃取段(1-1)的外圆柱面采用疏水性修饰剂进行表面改性；所述外筒(2)为圆筒体，外筒的内径大于转动体萃取段的外径，且外筒的内径与转动体萃取段的外径之差为0.1～0.9mm，外筒的高度大于转动体萃取段的高度、小于转动体的整体高度，外筒采用亲水性材料制作或外筒的内壁采用亲水性修饰剂进行表面改性；所述支撑系统包括底座(9)、顶座(11)、立柱(10)和支腿(12)，立柱(10)为两根，两根立柱相隔一间距固定在底座(9)的顶面，支腿(12)至少为两个，分别安装在底座(9)的底面，顶座(11)安放在两根立柱的顶面并与两根立柱固连；所述轴承(15)至少为一件，所述受液槽(5)的侧壁设有排液孔；所述受液槽(5)安装在支撑系统的底座(9)顶面并位于两根立柱(10)之间，所述支承轴(13)位于受液槽内并与受液槽底壁固连；所述轴承(15)安装在支承轴上，所述转动体(1)通过萃取段底部中心部位所设的第一中心孔(1-1-2)与轴承和支承轴组合，组合后萃取段(1-1)底部与受液槽底壁之间有一间距，支承轴顶部与第一中心孔底部之间有一间距；所述外筒定位固定板件与立柱连接，所述外筒(2)套装在转动体的萃取段(1-1)并应与转动体同轴线，通过外筒定位固定板件实现外筒的定位和固定；所述电机(8)安装在支撑系统的顶座(11)上，电机动力输出轴(8-1)穿过顶座与转动体的电机连接段(1-3)连接；所述水相进料管(3)和有机相进料管(4)安装在支撑系统的立柱(10)上，安装位置应使水相进料管(3)、有机相进料管(4)的出液端高于转动体的萃取段并位于导流段(1-2)底面的外缘与顶面的外缘之间且不接触导流段的锥面。2.根据权利要求1所述离心力微流体萃取装置，其特征在于萃取段的外圆柱面上所设微型导流槽(1-1-1)为螺旋形或平行于萃取段轴线的条纹形，微型导流槽的宽度为0.2～1mm、深度为0.1～0.5mm。3.根据权利要求1或2所述离心力微流体萃取装置，其特征在于圆锥台形导流段(1-2)的底面直径与圆柱形萃取段(1-1)的直径相同，圆锥台形导流段的底面与锥面的夹角为α，5°≤α≤60°。4.根据权利要求1或2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军，曹艳，金央，王玉滨，罗建洪，何金，陈珂，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51