撞击流微反应器的研究进展

该方法是Elperin在20世纪60年代提出的，其原理是利用相对流体冲击产生较窄的高湍流区，增加冲击区的液体持持量，延长材料的平均停留时间，为强化传质传热提供了良好的条件。颗粒碰撞、渗透、反复渗透、轴向速度消失，最终排出冲击区。

一、冲击流微反应器中纳米催化材料的研究进展。

纳米催化材料是一种新型的催化材料，具有比表面积大、表面能量高、活性中心多、副反应少等特点。纳米粒的核和颗粒的生长与反应物的局部浓度梯度密切相关，因此快速传质混合是形成优质核，并获得高产率、高均匀度纳米颗粒的主要条件。强化传质过程，可控制纳米颗粒的聚集，并可自下而上构造各向异性纳米和微结构，得到粒径小、分布窄的微粒。

金属纳米颗粒因其优良的电子特性、吸附、力学和热性能而成为催化材料的重要研究方向。利用3种旋流式微混合器，通过快速还原法制备出纳米Au、Pd合金颗粒，其平均直径约为1nm，粒径分布较窄，以TiO2为载体，催化剂的活性可根据合金混合比例进行调节。以MnSO4H2O和KMnO4为原料，用去离子水作为溶剂，制备了具有良好形状和性能的超细球形MnO2颗粒，并在此制备出了具有良好形貌、粒径120nm左右的超细球形MnO2粒子。实验表明，集束式可扩展单束式对流微通道，强化混合，控制操作条件和材料配比，有利于工业化发展。

利用溶胶-凝胶法连续制备了喷射冲击流微反应器。旋流式微反应器是一种开放式通道反应器，具有稳定的连续流，可防止凝胶堵塞通道；当混合速度超过反应速度时，反应物料快速混合均匀成核，从而获得高比表面积的纳米颗粒。同时，该方法具有很好的再现性和一致性，对其他采用溶胶-凝胶法合成的材料有很好的通用性，为工业化生产提供了良好的发展空间。

二氧化硅比表面积大，稳定性好，化学纯度高，易改性，是一种传统的催化剂载体。以环己烷、正丁醇、表面活性剂(OP-10)、氨水和正硅酸乙酯为原料，采用t型微孔道法制备了二氧化硅。实验结果表明，微槽道法能正确地调节采样速度，硅粉平均粒径在66~300nm之间，比一锅法得到的硅粉粒径更小、分布更窄。

二、冲击流微反应器制备多种复合催化材料的研究进展。

氧化剂的引入可以改变酸碱催化剂或氧化还原催化剂的活性中心，提高催化剂的耐温性、耐久性、硬度和稳定性。利用微反应技术制备多种催化材料是近年来微化学技术发展的一个新领域。为了制备CuO/ZnO/Al2O3催化剂，采用该反应器设计一个通道尺寸为1毫米的微激流反应器(MISR)。采用MISR方法制备的CuO/ZnO/Al2O3催化剂，比传统的混合反应器晶粒小，比表面大，孔径大，间歇加氢合成甲醇的催化活性更好。相对于一般的T型微通道反应器，MISR在连续流合成过程中也较好地解决了堵塞问题。连续共沉淀法制备的多元催化剂比常规间歇式反应器制备的催化剂具有更高的催化性能，具有较大的工业应用价值。

由于介孔材料的孔隙结构丰富，具有催化、传感、吸附等优点。采用一步法制备了Si/Al复合球。微球直径为450~600微米，可以通过油相流速调节。该球体具有较大的比表面积，是良好的催化剂。

化学品载体采用同轴微通道反应器，将钯纳米粒载入SiO2，实现了Pd/SiO2一步法制备Pd/SiO2复合微球，使Pd纳米粒子均匀分散于表面球表面。

此外，Au/SiO2复合微球/SiO2复合微球也证明了本方法的通用性。核和壳体构成了核壳结构的纳米复合材料，在电化学、光化学、催化、涂层等领域有着广泛的应用。研制了一种新型的高频冲击流反应器，用于制备Fe3O4/MnOH纳米复合材料。将24个激点与超重力场相结合，使反应溶液的高频冲击，实现反应物的快速多尺度混合，避免Fe3O4粒子在MnOH中均匀分散。将超重力场结合在一起的新型高频冲击流反应器，为制备高性能核壳材料提供了一种连续低成本的设计思路。冲流式反应器结构简单，通过冲击区流体的快速接触加强混合，可在宽流量范围内实现流体的快速混合。

在此基础上，对冲击流微反应器进行了实验研究，并根据实验结果对通道结构和尺寸进行了优化。其次是研究人员考虑反应过程的局限性，结合计算机模拟设计出可并行放大的冲击流微反应器，以保证生产的稳定性，用于工业生产。