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[Microreactor]微反应器国内外研究现状 [复制链接]

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只看楼主 倒序阅读 使用道具 楼主   发表于: 2017-01-17
微反应器(microreactor)”最初是指一种用于催化剂评价和动力学研究的小型管式反应器,其尺寸约为10 mm。随着本来发展用于电路集成的微制造技术逐渐推广应用于各种化学领域,前缀“micro”含义发生变化, 专门修饰用微加工技术制造的化学系统。此时的“微反应器”是指用微加工技术制造的一种新型的微型化的化学反应器,但由小型化到微型化并不仅仅是尺寸上的变化,更重要的是它具有一系列新特性,随着微加工技术在化学领域的推广应用而发展并为人所重视。

微加工技术起源于航天技术的发展,曾推动了微电子技术和数字技术的迅速发展。这给科学技术各个分支的研究带来新的视点,尤其是在化学、分子生物学和分子医学领域。较早引入微加工技术的是生物和化学分析领域。自从1993 年Richar Mathies 首先在微加工技术制造的生物芯片上分离测定了DNA 片段[8]后,生物芯片技术与计算机的结合,促成了基因排序这一伟大的科学成就;而化学分析方面,差不多同时发展了在组合化学、催化剂筛选和手提分析设备等方面有着诱人应用前景的微全分析系统(μTAS) [9]。而把微加工技术应用于化学反应的研究始于1996年前后, Lerous[10]和Ehrfeld 等[11]各自撰文系统阐述了微反应器在化学工程领域的应用原理及其独特优势。现在微反应技术吸引了众多学者在各个领域展开深入的研究,形式多样的新型微反应器层出不穷,成为化学工程学科发展的一个新突破点。尽管如此,国外对微反应器的研究尚不成熟,对微反应器的原理及应用前景的看法也不尽一致,而国内对微反应器的研究还刚刚开始。

国外研究现状
       据不完全统计,目前,世界上已有几十家微反应器技术与设备供应商,其中欧洲公司占了约60%。欧洲几家有代表性的微反应器技术供应商和他们所提供的微反应器系统,代表了当前微反应器设计与制造的先进水平和发展方向。

       Ehrfeld公司提供的微反应器模块都可以很方便地拆装和清洗。2006年法国康宁公司向市场推出了他们的微反应器Mini-lab系统,这是一个高度集成的模块化装置,它包括混合、反应、换热、等功能模块,所有模块均由玻璃制造。西门子也推出了他们的微反应器系统——Siprocess。这也是一个集成的模块化系统,其特点是每个模块都安装了用于测量和控制的电子系统,使得人们对反应过程的控制更加容易、更加精确。德国美因兹学院率先研制了一种用于从对甲氧基苯甲烷合成甲氧基苯甲醛的电化学微反应器。美国麻省理工学院发展了一种用于气液固三相催化反应的微填充反应器。英国Hull大学则设计了一种T形液液相微反应器,该反应器最大的特点是用电渗所法输送流体。麻省理工学院设计制作的T形薄壁微反应器是具有代表性的气相微反应器。

国内研究现状
       华东理工大学化工机械研究所制作的一台用于甲醇蒸汽重整制氢微反应器的板片。中国科技大学利用烧结方法研制出了陶瓷微反应器并进行了乙醇水气重整微反应器并进行了乙醇水气重整微反应实验,取得了欣喜效果。陕西师范大学提出根据两相催化H2O2氧化深度脱硫的基本原理,通过将具有催化活性的双核过氧钨酸钾与负载于高分子水凝胶微球表面的季铵盐发生离子交换作用,构筑具有核/壳结构特点的两相催化微反应器,有效提高H2O2氧化效率的同时,解决产品难于纯化、催化剂难于回收和再利用问题。北京化工大学针对目前宏观反应体系还不能对超低浓度污染物进行有效的处理。研究了并制备了软壳微反应器,同时与高级氧化技术-Fenton反应相结合的一种有效处理低浓度染料水的新方法。大连理工大学把沸石和沸石膜引入微反应器中,可实现沸石催化、膜催化和微反应技术的多重优势结合。
       近年来,国内外虽然对微反应器进行了系统研究,已在微反应器的设计、制造、集成和放大等关键技术上取得了突破性进展。尤其在微反应器的设计和制造方面,已经开发出微、微混合器、微反应器、微换热器、微分离器和具有控制单元的完全耦合型芯片反应系统等。但是,微反应器要真正取代传统反应器应用于实际生产,还需要解决一些列难题。其中,微反应器的集成放大虽然看似简单,要实现却是一个巨大的挑战。


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