一、微反應器的定義
微反應器,即微通道反應器,是利用精密加工技術制造的特征尺寸在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,而非指微反應設備的外形尺寸小或產品的產量小。微反應器中可包含成百萬上千萬的微型通道,所以能實現很高的產量。
二、微反應器的分類
微反應器設備根據其主要用途或功能可以細分為微混合器,微換熱器和微反應器。
三、微反應器的性能優勢
極大的比表面積:其內部的微結構使得微反應器設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。
良好的傳熱和傳質能力:能夠實現物料的瞬間均勻混合和高效的傳熱,許多在常規反應器中無法實現的反應都可以在微反應器中實現。反應床層幾近恒溫,有利于各種化學反應的進行,例如在一些需要高傳熱效率的反應中表現出色,像苯胺氧化成氧化偶氮苯的反應、一氧化碳的選擇氧化反應等,也適用于加氫反應、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。
適合小規模光化學過程:對于小規模的光化學過程,采用透明的微反應器可有利于薄流體層靠近輻射源。
在生物工程領域的優勢:在生物工程領域,能提供良好的細胞生長環境,提高細胞繁殖效率,還能夠實現快速篩選和優化細胞培養條件。
在醫藥領域的優勢:在醫藥領域,可實現對藥物的有效篩選和優化,提高藥物研發效率,降低成本。
四、微反應器的應用領域
化工領域:
在化學工業中被廣泛應用于各種化學反應過程,如有機合成、無機合成、高分子合成等,可以大大提高反應效率,減少能源消耗,同時降低廢物的產生。
用于某些有毒害物質的現場生產,進行強放熱反應的本征動力學研究以及組合化學(如催化劑、材料、藥物等)的高通量篩選。
德國美因茲微技術研究所開發的一種平行盤片結構的電化學微反應器,提高了由4 - 甲氧基甲苯合成對甲氧基苯甲醛反應的選擇性。
生物工程領域:廣泛應用于細胞培養、基因工程、蛋白質結晶等研究中。
醫藥領域:廣泛應用于藥物研發、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品的生產:也是微反應器的主要應用領域之一。
五、微反應器的發展趨勢
智能化與自動化:隨著物聯網技術的發展,未來微反應器將更加智能化、自動化,能夠實現遠程控制和監測,提高實驗數據的準確性和實驗效率3。
環境友好型:隨著環保意識的不斷提高,未來微反應器將更加注重環保和可持續發展,采用更加環保的材料制造,減少廢物的產生,降低對環境的影響。
多功能化:未來將實現更多功能,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,應用領域將進一步拓展。
審核編輯 黃宇
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