超声微反应器系统的放大及其在纳米材料制备中的应用

作     者：董正亚 朱晓晶 贾竞夫 张杰 郑卓韬 刘晓霖 武志林 

作者机构：化学与精细化工广东省实验室 汕头大学化学化工学院 墨格微流科技有限公司 

出 版 物：《化工学报》 (CIESC Journal)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金-广东省自然科学基金项目(2021A1515110111) 汕头市科技局项目(STKJTR2023002) 化学与精细化工广东省实验室启动项目(2322004,2111016,2221001) 汕头大学启动项目(NTF23033) 

主　　题：超声微反应器 微化工 超声波化学 过程放大 流动化学 

摘      要：将超声波与微反应器结合能解决常规微反应器易被固体颗粒堵塞、操作弹性欠佳、放大困难等问题，使超声微反应器有望成为了新一代微反应器技术，广泛应用于涉及固体堵塞和混合传质受限的反应过程，特别是纳米材料的合成。虽然目前有不少关于超声微反应器的研究报道，但大多局限于实验室用的小型反应器，鲜有关于超声微反应器放大的研究。本文系统地介绍超声微反应器系统的结构组成以及各组成部件之间的谐振匹配和放大策略。一般来说，超声微反应器系统包括超声波电源、超声波换能器、微通道反应器、通道中的流体四部分，超声波能量由电源产生并经换能器、微通道传输到流体中。要保证该系统较高的能量传输效率，需要这四个部分对应的谐振频率保持一致、阻抗实现匹配。本文将超声微反应器系统的放大分成超声波电源放大、反应器辐射面放大、微通道尺寸放大三个方面，系统阐述每个方面放大遇到的核心关键问题和解决思路。本文最后重点介绍了超声微反应器在纳米材料合成领域的应用，并根据合成过程的机理将其分为反应成核生长控制、分子自组装控制、乳液及界面限域控制三种纳米材料合成类型。综合结果表明，超声微反应器在控制纳米材料尺寸形貌均一性方面展现了巨大的优势。