[發(fā)明專利]一種通用型熒光流體光化學(xué)微反應(yīng)器件及其3D打印制造方法

有效

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• 申請日: 2019-03-05
• 公開（公告）號: CN109758995B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張利靜;陶勝洋;朱志剛;楊文博
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: B01J19/12
• 分類號: B01J19/12;B01J19/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;劉秋彤

一種通用型熒光流體光化學(xué)微反應(yīng)器件及其3D打印制造方法，屬于光化學(xué)反應(yīng)器研究技術(shù)領(lǐng)域。利用透明光敏樹脂以及3D打印強大的空間構(gòu)筑能力，制備了同時具有集光通道和反應(yīng)通道的光化學(xué)微反應(yīng)器件。將集光物質(zhì)以流體形式引入到光通道中，既可以發(fā)揮集光和波長轉(zhuǎn)換的作用，解決傳統(tǒng)光化學(xué)反應(yīng)器光源匹配的難題，又可以靈活更換集光物質(zhì)以滿足反應(yīng)通道內(nèi)不同光化學(xué)反應(yīng)的需求，極大的擴展了反應(yīng)器的應(yīng)用范圍。本發(fā)明光化學(xué)微反應(yīng)器的制造簡單、快速，可大規(guī)模生產(chǎn)，為研究反應(yīng)的快速篩選、反應(yīng)條件的優(yōu)化以及反應(yīng)機理等提供了便利。所用集光材料可回收再利用，降低了材料成本，且不污染環(huán)境。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光化學(xué)反應(yīng)器研究技術(shù)領(lǐng)域，涉及到3D打印熒光流體光化學(xué)微反應(yīng)器。具體涉及使用透明光固化樹脂3D打印制造具有波長轉(zhuǎn)換功能，可應(yīng)用于不同光化學(xué)反應(yīng)的微反應(yīng)器的方法。

背景技術(shù)

光化學(xué)反應(yīng)是指在外界光源的照射下所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)過程。光化學(xué)反應(yīng)器作為光化學(xué)反應(yīng)進行的場所,其性能優(yōu)劣對于光化學(xué)反應(yīng)有十分重要的作用。光化學(xué)反應(yīng)器中光源種類、反應(yīng)器幾何形狀及反應(yīng)器與光源間相互位置是直接影響光化學(xué)反應(yīng)器性能的關(guān)鍵因素。近今年來微反應(yīng)器由于反應(yīng)體系的傳質(zhì)和傳熱過程獲得極大改進，可使化學(xué)反應(yīng)過程獲得更高的轉(zhuǎn)化率和收率而受到廣泛關(guān)注。微反應(yīng)器通常是指其內(nèi)部流體通道或分散空間尺度在微米量級的微結(jié)構(gòu)化學(xué)反應(yīng)器。利用透光微反應(yīng)器與外加輻照光源結(jié)合制備光化學(xué)微反應(yīng)器，可以有效的提升光化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性。然而在光化學(xué)反應(yīng)中，由于受到量子力學(xué)基本原理的制約，反應(yīng)的進行與否直接與外界輻照光源的波長有關(guān)(尤其是可見光激發(fā)的化學(xué)反應(yīng))，因此針對不同光化學(xué)反應(yīng)往往需要不同的輻照光源。而現(xiàn)實情況中，一些特殊波長的光源較難得到或是價格昂貴，這極大的限制了光化學(xué)微反應(yīng)器的應(yīng)用。

熒光染料和量子點往往具有較寬的吸收譜帶和較窄的發(fā)射譜帶。這些物質(zhì)可以通過收集不同波長的激發(fā)光產(chǎn)生某一波長較強的發(fā)射光，從而起到集光和波長轉(zhuǎn)換的功能。利用這一特征，人們可以利用廉價的LED光源甚至日光等廣譜光源來引發(fā)光化學(xué)反應(yīng)。目前應(yīng)用較多的是熒光集光式微反應(yīng)器，即將熒光材料分散到透明介質(zhì)中，隨后采用翻模的方法在其內(nèi)部構(gòu)筑微通道，經(jīng)固化后形成微反應(yīng)器。該反應(yīng)器中，熒光材料吸收外加光源的光并發(fā)射所需波長的熒光。發(fā)射出來的熒光會在透明介質(zhì)中以光波導(dǎo)的模式傳輸并聚焦到內(nèi)置的微通道，從而促進微通道內(nèi)的光化學(xué)反應(yīng)的進行。這類反應(yīng)器很好的解決了光化學(xué)反應(yīng)過程中波長匹配的問題。但是這類反應(yīng)器存在以下幾個問題：首先，由于熒光染料一開始就摻雜到反應(yīng)器基質(zhì)中，無法分離，因此這類反應(yīng)器只適用于某一特定的光反應(yīng)；其次，熒光染料的更換和回收利用難以實現(xiàn)；最后，采用翻模法制備反應(yīng)器過程繁雜，耗時長，且難以設(shè)計更加復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。這些因素到導(dǎo)致熒光集光式光化學(xué)微反應(yīng)器制造成本高、普適性低，應(yīng)用范圍受到很大的限制。因此開發(fā)一種制備簡單且多種光化學(xué)反應(yīng)均能通用的集光式光化學(xué)微反應(yīng)器就顯得非常重要。

由于熒光材料采用摻雜方式進入反應(yīng)器介質(zhì)中而導(dǎo)致其被固定不能更換，若是將熒光材料以流體形式引入到微反應(yīng)器內(nèi)部，則有望解決上述問題。3D打印是一種新興的增材制造技術(shù)，可通過逐層打印的方式來構(gòu)造具有復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的物體，且具有快速成型的特點。借助于3D打印技術(shù)強大的空間構(gòu)筑能力，同時具有集光通道和反應(yīng)物通道的連續(xù)流光化學(xué)微反應(yīng)器可以被加工制造，形成熒光材料可更換的通用型光化學(xué)微反應(yīng)器件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種利用3D打印技術(shù)結(jié)合熒光材料制備通用型熒光流體光化學(xué)微反應(yīng)器的方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種通用型熒光流體光化學(xué)微反應(yīng)器件，包括光通道2、反應(yīng)通道1、光通道出口、光通道入口、反應(yīng)通道出口和反應(yīng)通道入口；所述的光通道2內(nèi)部充滿熒光流體，兩端口密封；所述的反應(yīng)通道1內(nèi)部通入反應(yīng)液，光通道2位于反應(yīng)通道1周圍，確保光化學(xué)反應(yīng)的進行。

所述的反應(yīng)通道1與光通道2均為蛇形方管，光通道2為兩套，分別平行設(shè)置于反應(yīng)通道1的上下兩側(cè)。