[發明專利]紫外光微通道反應器

在審

• 申請號: 201410025852.6
• 申請日: 2014-01-20
• 公開（公告）號: CN104028188A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 郭凱;張鍇;涂善東;歐陽平凱;鞏建鳴;陳嘉南
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: B01J19/12
• 分類號: B01J19/12
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 肖明芳

技術領域

本發明涉及一種紫外光微通道反應器，具體屬于光催化微通道反應器領域。

背景技術

光化學是研究光與物質相互作用所引起的永久性化學效應的化學分支學科，取值一般在可見光或者紫外光的照射下產生化學反應。光化學反應與一般反應相比有許多不同的地方，主要表現在：加熱使分子活化，體系中分子能量的分布服從波爾茲曼分布；而分子受到光激活時，原則上可以做到選擇性激發，體系中的分子能量的分布屬于非平衡分布。所以光化學反應的途徑與產物往往和基態熱化學反應不同，只要光的波長適合，能為物質所吸收，及時在很低的溫度下，光化學反應仍然可以進行。

微通道反應器可取代常規的化學實驗室的各種功能和方法，集成性高，自動控制，精確反應參數。微通道內進行的微化學反應，由于比表面積大，傳熱傳質迅速，使得轉化率明顯提高，對反應的控制和選擇性也是常規反應所無法企及的，因此兩者結合可相互發揮優勢，強化反應，縮短反應時間提高反應效率。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于提供一種可供紫外催化反應的紫外光微通道反應器微通道反應器及其中的透紫外光管的制造方法。

該紫外光微通道反應器，可廣泛的運用于光催化領域內的反應，對于反應工藝條件的精確獲取具有重要意義，以及可進行精細化工和藥物合成等領域的應用。

技術方案：本發明的一種可供紫外催化反應的微通道反應器，包括透紫外光管、設置在透紫外光管內的紫外光發生器、和反應微通道；反應微通道設置在透紫外光管的管壁外或管壁中。本發明所述的透紫外光管為能通過紫外線的材料制成的管道，可以是石英管或其它本領域技術人員知道可用來制造可透過紫外線并可作為本發明中透紫外光管使用的管道。進一步地，透紫外光管密封并設置有換熱流體進口和換熱流體出口，這樣，可以通過換熱流體加熱或冷卻紫外光發生器，更好地控制反應微通道處反應體系的溫度。進一步地，透紫外光管上設置有密封件以密封該透紫外光管，密封件可以避免換熱流體的外流，提高換熱效率。換熱流體可以是氣體或者液體，使用氣體作為換熱流體可以簡化裝置，使用液體作為換熱流體可以提高換熱效率。紫外光微通道反應器各接口通過卡套接頭連接。

具體而言，本發明的技術方案可分為將反應微通道設置的與透紫外光管的管壁中和管壁外的兩種技術方案實現：

方案一，反應微通道設置在透紫外光管的管壁外，反應微通道由為纏繞在透紫外光管管壁外的柔性管道組成。柔性管道為內徑為0.2～3mm的聚四氟乙烯管。

方案二，反應微通道設置在透紫外光管的管壁中，反應微通道的寬度為0.2～3mm，深度為0.2～1mm，該反應微通道的形狀呈螺旋結構。

在方案一與方案二的基礎上，進一步地，選擇透紫外光管為石英管，反應微通道（3）進口處設置有微型混合器和精密注射器。

進一步的，紫外光微通道反應器還包括包裹在反應微通道外的恒溫導熱層，恒溫導熱層與油浴或水浴裝置相連通以保持恒溫或者為設置的電加熱層以保護為微反應通道處恒溫；進一步地，紫外光微通道反應器還包括包覆在反應微通道外的遮光層。恒溫導熱層應當為了盡可能地設置于靠近反應微通道處以控制反應微通道處的反應溫度，因此應當盡量將遮光層設置于恒溫導熱層外，但將遮光層設置于恒溫導熱層與反應微通道之間亦并不會影響本發明的實現。遮光層可以防止外界光源對反應微通道中光化學反應產生干擾。

進一步地，紫外光發生器激發的紫外光發射譜峰值為254納米或365納米。

進一步地，透紫外光管采用如下制造方法加工得到設置在透紫外光管（2）的管壁中的反應微通道（3）：

（1）在透紫外光管外壁蝕刻或機加工成型所述的反應微通道（3）；

（2）將另一透紫外光管過盈配合套在步驟（1）得到的透紫外光管外壁上；

（3）高溫煅燒步驟（2）得到的產品，使兩層透紫外光管熔融為一體，形成密閉的反應微通道（3）。

該制造方法特別適合當透紫外光管為石英管的情形。

本發明提供了一種可供紫外催化反應的微通道反應器，該反應器由微通道和紫外發生器以及換熱單元、高效微型混合器和精密注射泵組成。該微反應器主體結構為多層體系，內部為紫外光發生器，同軸的中部為石英管，石英管外部為微通道反應器，最外層可設置為電加熱帶。紫外光發生器可以為254nm或365nm波長可選擇型紫外光發生器；微通道為透明聚四氟乙烯管或石英上刻蝕的微通道，可透過紫外光，并在紫外光條件下進行化學反應。電加熱帶可為反應提供相應的能量，加速反應的進程。石英管內可通入氣體或液體，用于加熱或冷卻。進口處配有高效微型混合器和精密注射泵。