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微流控化学合成技术特点介绍

20世纪90年代初 Manz等首次提出了微全分析系统的概念,并于1995年首次报道了微流控技术用于化学合成,此后,又成功地将其用于多种重要的有机反应,取得了优于宏观规模反应的效果,展示了其广泛而独特的应用前景。随着材料、制造和微混合技术的发展,微流控技术已经成为有机化学领域的研究热点之一。

根据广泛接受的微系统定义,微反应器一般是指通过微加工和精密加工技术制造的小型反应系统,微反应器内微通道尺寸在毫米量级以下,一般在10~300 μm。利用微反应器进行的化学合成我们称之为微流控合成。

相比于常规反应器,微流控合成技术具有诸多优点:

传热、传质效率高

常规反应器比表面积只有 1.0×10^2~1.0×10^3 m 2• m-3;微反应器尺寸小,可达 1.0×10^4~5.0×10^4 m2•m-3,热传导率可达 1.0×10^4 W•m-2•K-1,远高于常规反应器。微反应器小尺寸的特点使得物质的扩散距离非常短,由于扩散系数和扩散距离的平方成反比,因此微反应器中物质的混合速度极快。

反应参数更易精确控制、操作更加安全

由于传热快,反应温度和有效反应时间等反应条件可精确控制。通过调节流速大小,可调节反应时间。反应物量少,可减少有毒试剂使用量和降低高温、高压、易爆炸反应的危险性。因此,微反应器特别适用于研究危险反应。 

反应效率增加

由于传热效率高,高温或低温反应其温度可分别降低或升高;反应时间也可大大缩短。对于急剧放热反应,反应热可以很快散去,消除了热斑;减少了副反应,且提高了产物的选择性、产率和纯度。 

环境危害性小

反应物量甚微,有毒、昂贵的反应物和溶剂使用量小,产生的污染小。因此,微流控合成为发展环境友好化学提供了技术平台。 

 

易于实现在线检测

微反应器生成物的量接近现代分析仪器的进样量,可用现代分析仪器直接在线监测反应进行的程度。 

缩短科研探索的周期

微反应器在单位体积和单位时间内得到的信息量较大;微反应器自身的并联集成技术以及与其他仪器的串联集成技术,使得新化合物合成、新药的筛选成本降低,效率提高,缩短了科研的成本和时间。 

反应后处理简单

比如使用固定化催化床微反应器时,反应产物流出反应器时无需任何处理就可与催化剂分离,而常规反应则需要过滤才能把产物和催化剂分开。

 

微反应器对有机合成方法和有机化工都有着重要的影响。由于反应物甚微,有毒的、昂贵的反应物和溶剂的使用量也大大减少,产生的污染物也将减少,因此,微反应器特别适合于反应条件的探索,为发展环境友好化学提供了技术平台;由于反应物量少,可以降低高温、高压、易爆炸反应的危险性。因此,微反应器特别适用于研究危险性反应。

随着微流控合成技术的进步,将会有更多的化工企业采用这种先进的合成技术代替现有的低效的化工生产技术。

(文章来源 《微流控合成研究进展》 科学网科学网转载仅供参考学习及传递有用信息,版权归原作者所有,如侵犯权益,请联系删除)



标签:  微流控化学合成技术 微反应器