20世紀90年代初 manz等提出了微全分析系統(tǒng)的概念，并于1995年報道了微流控技術(shù)用于化學合成，此后，又成功地將其用于多種重要的有機反應(yīng)，取得了優(yōu)于宏觀規(guī)模反應(yīng)的效果，展示了其廣泛而的應(yīng)用前景。隨著材料、制造和微混合技術(shù)的發(fā)展，微流控技術(shù)已經(jīng)成為有機化學領(lǐng)域的研究熱點之一。
根據(jù)廣泛接受的微系統(tǒng)定義，微反應(yīng)器一般是指通過微加工和精密加工技術(shù)制造的小型反應(yīng)系統(tǒng)，微反應(yīng)器內(nèi)微通道尺寸在毫米量級以下，一般在10～300 μm。利用微反應(yīng)器進行的化學合成我們稱之為微流控合成。相比于常規(guī)反應(yīng)器，微流控合成技術(shù)具有諸多優(yōu)點：
傳熱、傳質(zhì)效率高
常規(guī)反應(yīng)器比表面積只有 1.0×10^2～1.0×10^3 m^2? m^-3;微反應(yīng)器尺寸小，可達 1.0×10^4～5.0×10^4 m^2?m^-3，熱傳導率可達 1.0×10^4 w?m^-2?k^-1，遠高于常規(guī)反應(yīng)器。微反應(yīng)器小尺寸的特點使得物質(zhì)的擴散距離非常短，由于擴散系數(shù)和擴散距離的平方成反比，因此微反應(yīng)器中物質(zhì)的混合速度極快。
反應(yīng)參數(shù)更易精確控制、操作更加安全
由于傳熱快，反應(yīng)溫度和有效反應(yīng)時間等反應(yīng)條件可精確控制。通過調(diào)節(jié)流速大小，可調(diào)節(jié)反應(yīng)時間。反應(yīng)物量少，可減少有毒試劑使用量和降低高溫、高壓、易爆炸反應(yīng)的危險性。因此，微反應(yīng)器特別適用于研究危險反應(yīng)。
反應(yīng)效率增加
由于傳熱效率高，高溫或低溫反應(yīng)其溫度可分別降低或升高;反應(yīng)時間也可大大縮短。對于急劇放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱可以很快散去，消除了熱斑;減少了副反應(yīng)，且提高了產(chǎn)物的選擇性、產(chǎn)率和純度。
環(huán)境危害性小
反應(yīng)物量甚微，有毒、昂貴的反應(yīng)物和溶劑使用量小，產(chǎn)生的污染小。因此，微流控合成為發(fā)展環(huán)境友好化學提供了技術(shù)平臺。
易于實現(xiàn)在線檢測
微反應(yīng)器生成物的量接近現(xiàn)代分析儀器的進樣量，可用現(xiàn)代分析儀器直接在線監(jiān)測反應(yīng)進行的程度。
縮短科研探索的周期
微反應(yīng)器在單位體積和單位時間內(nèi)得到的信息量較大;微反應(yīng)器自身的并聯(lián)集成技術(shù)以及與其他儀器的串聯(lián)集成技術(shù)，使得新化合物合成、新藥的篩選成本降低，效率提高，縮短了科研的成本和時間。
反應(yīng)后處理簡單
比如使用固定化催化床微反應(yīng)器時，反應(yīng)產(chǎn)物流出反應(yīng)器時無需任何處理就可與催化劑分離，而常規(guī)反應(yīng)則需要過濾才能把產(chǎn)物和催化劑分開。
微反應(yīng)器對有機合成方法和有機化工都有著重要的影響。由于反應(yīng)物甚微，有毒的、昂貴的反應(yīng)物和溶劑的使用量也大大減少，產(chǎn)生的污染物也將減少，因此，微反應(yīng)器特別適合于反應(yīng)條件的探索，為發(fā)展環(huán)境友好化學提供了技術(shù)平臺;由于反應(yīng)物量少，可以降低高溫、高壓、易爆炸反應(yīng)的危險性。因此，微反應(yīng)器特別適用于研究危險性反應(yīng)。
隨著微流控合成技術(shù)的進步，將會有更多的化工企業(yè)采用這種*的合成技術(shù)代替現(xiàn)有的低效的化工生產(chǎn)技術(shù)。
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標簽: 微流控 微反應(yīng)器