詳解微流控合成技術(shù)的有點(diǎn)與作用

20世紀(jì)90年代初 Manz等首次提出了微全分析系統(tǒng)的概念，并于1995年首次報(bào)道了微流控技術(shù)用于化學(xué)合成，此后，又成功地將其用于多種重要的有機(jī)反應(yīng)，取得了優(yōu)于宏觀規(guī)模反應(yīng)的效果，展示了其廣泛而獨(dú)特的應(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(jī)化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)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(guò)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(jí)以下，一般在10～300 μm。利用微反應(yīng)器進(jìn)行的化學(xué)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(diǎn)：

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(dá) 1.0×10^4～5.0×10^4 m2?m-3，熱傳導(dǎo)率可達(dá) 1.0×10^4 W?m-2?K-1，遠(yuǎn)高于常規(guī)反應(yīng)器。微反應(yīng)器小尺寸的特點(diǎn)使得物質(zhì)的擴(kuò)散距離非常短，由于擴(kuò)散系數(shù)和擴(kuò)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(shí)間等反應(yīng)條件可精確控制。通過(guò)調(diào)節(jié)流速大小，可調(diào)節(jié)反應(yīng)時(shí)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(xiǎn)性。因此，微反應(yīng)器特別適用于研究危險(xiǎn)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(shí)間也可大大縮短。對(duì)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(xué)提供了技術(shù)平臺(tái)。

易于實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)

微反應(yīng)器生成物的量接近現(xiàn)代分析儀器的進(jìn)樣量，可用現(xiàn)代分析儀器直接在線監(jiān)測(cè)反應(yīng)進(jìn)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(shí)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(shí)間。

反應(yīng)后處理簡(jiǎn)單

比如使用固定化催化床微反應(yīng)器時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物流出反應(yīng)器時(shí)無(wú)需任何處理就可與催化劑分離，而常規(guī)反應(yīng)則需要過(guò)濾才能把產(chǎn)物和催化劑分開。

微反應(yīng)器對(duì)有機(jī)合成方法和有機(jī)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(xué)提供了技術(shù)平臺(tái);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(xiǎn)性。因此，微反應(yīng)器特別適用于研究危險(xiǎn)性反應(yīng)。

隨著微流控合成技術(shù)的進(jìn)步，將會(huì)有更多的化工企業(yè)采用這種先進(jìn)的合成技術(shù)代替現(xiàn)有的低效的化工生產(chǎn)技術(shù)。