[發明專利]一種液態金屬微型反應器

在審

• 申請號: 201710795380.6
• 申請日: 2017-09-06
• 公開（公告）號: CN107583576A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 陳森;盛磊;劉靜
• 申請（專利權）人: 云南靖創液態金屬熱控技術研發有限公司
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 王文君,王文紅

技術領域

本發明屬于化工設備領域，具體涉及一種利用液態金屬胞吞效應的反應設備及其應用。

背景技術

化學反應器是過程工業中物質和能量轉化的核心單元。傳統大化工致力于構建按比例放大的大型反應器裝置，雖然可以實現大批量生產，但其放大規律復雜，尤其是不同空間、時間尺度的流體力學-傳遞-化學反應形成了多相反應過程的復雜性，對放大過程中產品質量和過程控制帶來了巨大挑戰。

伴隨著20世紀90年代興起的微流控技術的發展，微反應器的提出逐步改變了人們對反應器放大的認知。不同于傳統的大型釜式反應器，微反應器將反應空間受限在尺寸范圍為數十到數百微米的通道內部。該尺度下反應體系具有高的比表面積和高的傳質性能，不僅可以通過精確的過程控制大幅度地縮短反應時間和降低樣品消耗，更重要的是以微反應器為基本單元直接進行數量的增加便可實現模塊的集成，進而實現高通量的產品可控制備，從而避免了傳統反應器直接幾何放大導致的難于預期的非理想行為。不同于傳統反應器，液滴流微反應器不是固定的容器，而是一系列運動著的體積可調節的液滴，每個獨立微液滴都可以看作是一個流動的微小間歇反應釜。

室溫液態金屬是指在室溫下呈液體狀態的金屬(下文簡稱液態金屬)。液態金屬具有許多優良的物理性質，例如：熱導率高、電導率高、表面張力大、沸點高、蒸發壓力與可流動特性極低。液態金屬兼具金屬的導電能力和液體的流動能力，同時液態金屬球在電場中內部和外部都會反生流動等豐富的變化。液態金屬的這些特性可為微反應器所利用，是一種理想的用于化學微反應的微反應器。

發明內容

基于對上述綜合因素的考慮，本發明提供一種液態金屬微型反應器。

本發明的另一個目的是提供所述一種液態金屬微型反應器的應用。

為實現本發明目的技術方案為：

一種液態金屬微型反應器，包括液態金屬、導電溶液，所述液態金屬以微球形式置于所述導電溶液中，所述導電溶液上施加有電場。

其中，所述液態金屬為鎵、鎵銦合金、鉍銦錫合金中的一種或幾種，優選為鎵銦合金，所述液態金屬的尺寸在50微米以下。

優選地，所述液態金屬為Ga 60In 40、Ga 80In 20、Ga 70In30、Ga 65In35、Ga 75.5In 24.5中的一種。

其中，所述導電溶液為NaCl、KCL、硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸氫鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉溶液中的一種或多種，溶液的濃度為0.1～5mol/L。

其中，所述導電溶液上施加0.5～3V均勻電場。

所述的電場對液態金屬可以進行調控，提高改變電場的大小、方向。電場中液態金屬微球可以發生移動、聚合、分散等效應。

其中，所述液態金屬的微球的制備方法為電射流法或攪拌法。

具體地，所述攪拌法為：將液態金屬置于濃度為05～5mol/L的高分子溶液中，以300～600rpm速度攪拌0.5～2h，所述高分子溶液為DMF(二甲基甲酰胺)溶液。

本發明所述液態金屬微型反應器的應用，包括操作：

在容器內放置液態金屬微球和導電溶液，容器內設置相對的平板電極，構建為液態金屬微型反應器，向容器內加入的反應物顆粒，施加電場，使反應物顆粒被液態金屬微球吞噬；其中，所述反應物顆粒的尺寸小于液態金屬微球的尺寸。可選地，反應物顆粒和液態金屬的質量比例控制為1/5-1/2。

進一步地，所述反應物顆粒的尺寸為液態金屬微球的尺寸的0.1～50％。

根據反應條件確定后續的操作，對于后續高溫的反應，可考慮移出液態金屬微反應器。

所述液態金屬微型反應器的應用，還包括將吞噬了反應物的液態金屬微球取出，加熱獲得產物的步驟。

本發明的有益效果在于：

本發明提出一種簡單、高效的液態金屬微球型化學微反應器，并利用液態金屬胞吞效應吸收反應物質。解決了微型反應器不夠穩定，反應物進入較為困難的，化學反應不夠充分的問題，并且可以通過調整周圍環境電場的大小，實現對液態金屬微型反應器運動、分散、聚集、內部混合等的控制。

本發明可以實現快速、大規模制造高效微型反應器，容易實現大規模生產，提高化學反應的安全性和高效性。

本發明提供的液態金屬微型反應器，可使用各種方法快速制備；可用電場進行豐富的調控；可使用液態金屬胞吞效應進行快速的反應物攝取；可提高化學反應的速度；液態金屬微型反應器穩定，較難與各種物質反應。

附圖說明

圖1為液態金屬微型反應器結構示意圖。

其中：1是鹽溶液，2是電場，3是液態金屬微球。