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技術(shù)資訊

微通道連續(xù)流反應(yīng)器在有機(jī)合成中優(yōu)勢

2021-08-02 09:41:52

微通道連續(xù)流反應(yīng)器進(jìn)行有機(jī)合成反應(yīng)的研究已經(jīng)成為微流控制和合成化學(xué)領(lǐng)域當(dāng)中一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。

同常規(guī)反應(yīng)容器(如燒瓶、反應(yīng)釜)中進(jìn)行的間隙式化學(xué)反應(yīng)相比,微通道反應(yīng)器具有以下特點(diǎn):

1)提高傳質(zhì)效率、縮短反應(yīng)時(shí)間

      由于反應(yīng)器中微通道的寬度和深度比較小,一般為幾十到幾百微米,大大縮短了反應(yīng)物料間的擴(kuò)散距離,加快了傳質(zhì)速度,在連續(xù)流動(dòng)的過程中使反應(yīng)物料在很短時(shí)間內(nèi)充分混合。

(2)比表面積遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)反應(yīng)釜(100倍或更高)

微通道的比表面積一般為5000-50000m2/m3,而在傳統(tǒng)反應(yīng)釜中,比表面積僅約為100 m2/m3。因?yàn)檩^大的比表面積,因此具有很大的熱交換效率。即使是劇烈的放熱反應(yīng),瞬間釋放出大量反應(yīng)熱也能及時(shí)移出,從而維持反應(yīng)溫度在所需的安全范圍內(nèi)。由于反應(yīng)物料總量少,傳熱傳質(zhì)很快,特別適用于研究異常激烈的合成反應(yīng)而避免爆炸的危險(xiǎn)(如硝化反應(yīng)、加氫反應(yīng)、溴化反應(yīng)等)。

3)化學(xué)藥品耗用量少、綠色環(huán)保

在微通道連續(xù)流反應(yīng)器中進(jìn)行有機(jī)合成反應(yīng)時(shí),需要反應(yīng)物用量甚微,不但能減少昂貴、有毒、有害反應(yīng)物的用量,而且反應(yīng)過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染物也極少,實(shí)驗(yàn)室基本無污染,是一種環(huán)境友好、合成研究新物質(zhì)的技術(shù)平臺(tái)。

4)產(chǎn)品易于檢測

反應(yīng)后得到產(chǎn)物的量與近代分析儀器(如GC、GC-MS、HPLC及NMR)的進(jìn)樣量相當(dāng)(微升級(jí)),從而使近代分析儀器可直接用于在線監(jiān)測反應(yīng)的進(jìn)程,大大提高了研究合成路線和條件篩選的速度。

5)催化效率高

可以將各種催化劑固定在反應(yīng)芯片微通道中,得到高比表面積的微催化床,以提高催化效率。

6)反應(yīng)易于控制、開發(fā)

在微通道連續(xù)流反應(yīng)器中進(jìn)行有機(jī)合成反應(yīng)時(shí),反應(yīng)物的配比、溫度、壓力、停留時(shí)間及流速等反應(yīng)條件均易控制。反應(yīng)物在流動(dòng)過程中發(fā)生反應(yīng),濃度不斷降低,生成物濃度不斷提高,副反應(yīng)較少。

7)精準(zhǔn)控制反應(yīng)時(shí)間

在微通道連續(xù)流反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng),即使對(duì)于反應(yīng)速度很快的化學(xué)反應(yīng),也可以通過調(diào)節(jié)流速和微通道的體積精確控制反應(yīng)時(shí)間。

隨著微加工技術(shù)的不斷發(fā)展,由微傳感器、微熱交換器、微混合器、微分離器、微反應(yīng)單元、微流動(dòng)裝置等組成的集成系統(tǒng)、在合成反應(yīng)研究中受到越來越多的關(guān)注。并且微流控模塊(芯片)高溫量、大規(guī)模、平行性等特點(diǎn)使多個(gè)或大量微反應(yīng)器的集成化與平行操作成為可能,從而提高了合成新物質(zhì)、篩選新藥物的效率,大幅度地降低了研究、生產(chǎn)成本。


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