一、微反應(yīng)器的定義
微反應(yīng)器,即微通道反應(yīng)器,是利用精密加工技術(shù)制造的特征尺寸在10到300微米(或者1000微米)之間的微型反應(yīng)器。這里的“微”表示工藝流體的通道在微米級別,而非指微反應(yīng)設(shè)備的外形尺寸小或產(chǎn)品的產(chǎn)量小。微反應(yīng)器中可包含成百萬上千萬的微型通道,所以能實現(xiàn)很高的產(chǎn)量。
二、微反應(yīng)器的分類
微反應(yīng)器設(shè)備根據(jù)其主要用途或功能可以細分為微混合器,微換熱器和微反應(yīng)器。
三、微反應(yīng)器的性能優(yōu)勢
極大的比表面積:其內(nèi)部的微結(jié)構(gòu)使得微反應(yīng)器設(shè)備具有極大的比表面積,可達攪拌釜比表面積的幾百倍甚至上千倍。
良好的傳熱和傳質(zhì)能力:能夠?qū)崿F(xiàn)物料的瞬間均勻混合和高效的傳熱,許多在常規(guī)反應(yīng)器中無法實現(xiàn)的反應(yīng)都可以在微反應(yīng)器中實現(xiàn)。反應(yīng)床層幾近恒溫,有利于各種化學(xué)反應(yīng)的進行,例如在一些需要高傳熱效率的反應(yīng)中表現(xiàn)出色,像苯胺氧化成氧化偶氮苯的反應(yīng)、一氧化碳的選擇氧化反應(yīng)等,也適用于加氫反應(yīng)、氨的氧化、甲醇氧化制甲醛、水煤氣變換以及光催化等一系列反應(yīng)。
適合小規(guī)模光化學(xué)過程:對于小規(guī)模的光化學(xué)過程,采用透明的微反應(yīng)器可有利于薄流體層靠近輻射源。
在生物工程領(lǐng)域的優(yōu)勢:在生物工程領(lǐng)域,能提供良好的細胞生長環(huán)境,提高細胞繁殖效率,還能夠?qū)崿F(xiàn)快速篩選和優(yōu)化細胞培養(yǎng)條件。
在醫(yī)藥領(lǐng)域的優(yōu)勢:在醫(yī)藥領(lǐng)域,可實現(xiàn)對藥物的有效篩選和優(yōu)化,提高藥物研發(fā)效率,降低成本。
四、微反應(yīng)器的應(yīng)用領(lǐng)域
化工領(lǐng)域:
在化學(xué)工業(yè)中被廣泛應(yīng)用于各種化學(xué)反應(yīng)過程,如有機合成、無機合成、高分子合成等,可以大大提高反應(yīng)效率,減少能源消耗,同時降低廢物的產(chǎn)生。
用于某些有毒害物質(zhì)的現(xiàn)場生產(chǎn),進行強放熱反應(yīng)的本征動力學(xué)研究以及組合化學(xué)(如催化劑、材料、藥物等)的高通量篩選。
德國美因茲微技術(shù)研究所開發(fā)的一種平行盤片結(jié)構(gòu)的電化學(xué)微反應(yīng)器,提高了由4 - 甲氧基甲苯合成對甲氧基苯甲醛反應(yīng)的選擇性。
生物工程領(lǐng)域:廣泛應(yīng)用于細胞培養(yǎng)、基因工程、蛋白質(zhì)結(jié)晶等研究中。
醫(yī)藥領(lǐng)域:廣泛應(yīng)用于藥物研發(fā)、藥物合成、藥物分析等過程中。
微米和納米材料的制備和日用化學(xué)品的生產(chǎn):也是微反應(yīng)器的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。
五、微反應(yīng)器的發(fā)展趨勢
智能化與自動化:隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,未來微反應(yīng)器將更加智能化、自動化,能夠?qū)崿F(xiàn)遠程控制和監(jiān)測,提高實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實驗效率3。
環(huán)境友好型:隨著環(huán)保意識的不斷提高,未來微反應(yīng)器將更加注重環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展,采用更加環(huán)保的材料制造,減少廢物的產(chǎn)生,降低對環(huán)境的影響。
多功能化:未來將實現(xiàn)更多功能,如多步合成、分離純化、檢測分析等,成為一種多功能化的實驗平臺,應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑦M一步拓展。
審核編輯 黃宇
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