Диссертация (1143641), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Много работ посвящено применению микрореакторов длярешения задач обработки топлива. В [21] описан процесс реформинга метанола вмикрореакторе на каскаде пористых металлических носителей катализатора для производстваводорода для энергетических применений. Аналогичное применение и у реактора в [22], однаков качестве катализатора выступает оксид алюминия, который наносится на внутреннююповерхность каналов микрореактора по технологии атомно-слоевого осаждения. В работе [23]при помощи методов компьютерного моделирования исследовался процесс генерации водородав микрореакторе при реформинге диметилового эфира.
Аналогичная тема исследовалась в [24].В [25] детально изучался вопрос распределения газовых потоков и тепла в микрореакторе свнутренней микроструктурой в процессе генерации водорода. Применение микрореактора дляреформинга топлива показано в [26]. К топливной тематике относится работа [27] в которойизучался процесс синтеза биодизеля в микрореакторе. Было показано, что применениемикрореактора увеличивает выход реакции до 99% при одновременном уменьшении временипребывания до 4 минут, против нескольких часов для традиционного процесса.Большое число работ посвящено применению микрореакторов для исследованияпроцессов пиролиза или синтеза.
В дополнение к уже перечисленным статьям можно добавить[28] и [29]. В работах [30, 31] посвященных пиролизу C7H7 при пониженном давлении важноотметить малое время пребывания в микрореакторе, которое составляло порядка 100 мкс.18Широко распространены микрореакторы для органического синтеза. Существуетмножество примеров, когда их применение улучшает качество получаемых продуктов иоптимизирует сам технологический процесс.
В [32] показано что применение микрореакторадля азидирования поли(бутилакрилата), поли(метилакрилата) и полистирола сокращает времяпроцесса с нескольких часов до нескольких десятков секунд. В [33] описан двухфазныймикрореактор с падающем слоем для окисления глюкозы. Использование микрореактора засчет большой удельной площади контакта двух фаз позволяет поднять степень превращения с27% до 50% по сравнению с обычным химическим реактором. В работах [34], [35] и [36] такжеприведены примеры микрореакторов для органического синтеза. Статья [37] посвященареализации органической фотохимической реакции (типа Патерно-Бучи) в проточноммикрореакторе. Показано повышение селективности и выхода продукта.
В [38] описываетсяоригинальный дизайн микрореактора для фотокаталитического связывания СО2. В качествекатализатора используется оксид титана, который под действим света в щелочной средепревращает оксид углерода в метанол. Микрореактор позволяет повысить интенсивностьпротекающих процессов и выход продукта за счет большой площади, доступной для облучениясветом.Нетолькосложныеорганическиевещества,ноинеорганическиематериалысинтезируются в микрореакторах.
В статьях [39] и [40] описан процесс прямого синтезапероксида водорода в жидкой фазе из водорода и кислорода в стеклянном микрореакторе прикомнатной температуре и давлении 1 МПа. Использование микрореактора позволяетисследовать кинетику синтеза. Он обеспечивает проведение безопасного процесса получения10% раствора пероксида водорода и не требует использования дополнительных реагентов.В [41] изучался процесс синтеза наностержней гидроскида индия и частиц оксида индия.Применение микрореакторов позволяет получать более кристаллические структуры посравнению с обычной лабораторной технологией. В [42] исследовался проточный микрореактордля жидкофазного синтеза металл-органических каркасных структур на основе цеолита ZIF-8.Использование микроерактора позволило улучшить морфологию получаемого продукта, егосвойства, а также получить удельную производительность системы на уровне 210 000кг/м3·день, что на несколько порядков больше производительности традиционных технологий.В [43] исследовались вопросы получения наночастиц PMMA, а в [44] описан микрореакторныйсинтез наночастиц платины.
Технология роста алмазов в микрореакторе описана в [45].Особенностью является конструкция реактора, в котором осуществляется плазменноевоздействие диэлектрического барьерного разряда на частоте 10кГц на рабочую смесь Ar-CH4H2 при атмосферном давлении. В микрореакторах плазменные технологии используются неочень часто. Из работ по этой теме можно выделить статью [46] в которой исследуется19плазменный микроерактор. Особенностью микрореактора является наличие в нем двух фаз.Такие системы также сегодня становятся предметом активного изучения.В работе [47] представлен дизайн капельного микрореактора для работы с двойнымиэмульсиями в системе вода-масло-вода.
Конструкция микрореактора позволяет получатьстабильные капельные системы с узким распределением по размерам и контролировать процесскоалесценции. В [48] проводилось исследование с применением методов компьютерногомоделирования микрореактора с двухфазным потоком. В [49] рассматривался технологическийпроцессжидкофазнойэкстракцииприпараллельномдвижениидвухпотоковнесмешивающихся жидкостей. Изучались вопросы влияния материала микрореактора (стеклоили пластик) на эффективность процесса.Важной областью применения микрореакторов является исследование биохимическихпроблем.
В [50] описана микросистема для анализа протеинов для биохимических применений.В работе [51] рассмотрено использование микрореактора для одновременного проведениямножества биохимических реакций. Микрореактор представляет собой массив раздельныхмикроструктур, каждая из которых соответствует одному экспериментальном условию.Микрореакторпозволяетодновременнопроводитьболее10 000опытовсбелком,экспрессируемым in situ непосредственно из ДНК, без взаимного влияния экспериментов другна друга.
Такой подход позволяет повысить эффективность биомедицинских исследований. Нарисунке 1.1 показано изображение массива микрореакторов в которых происходила реакция.Рисунок 1.1 – Фотография массива 108х108 микрореакторов, в каждом из которыхпроводилась различная реакций с белком, эксперссируемым in situ из ДНК [51]Завершая обзор современного состояния микрореакторной технологии нельзя не отметитьуникального тренда в этой области, который заключается в рассмотрении микрореакторов какнового инструмента проведения экспериментальных исследований химических процессов. В[52] показно применение микрореактора для калориметричиеских измерений. В работе [53]микрореактор использовался в качестве инструмента для термографии экзотермических20реакций.
Исходные компоненты в жидкой фазе смешивались в микромиксере, что приводило кзапуску химической реакции, которая продолжалась в потоке внутри капилляра. Измеряя припомощи ИК камеры распределение температуры и происходящие изменения во времени,авторы смогли точно рассчитать энтальпию реакции. Как отмечено в работе, микрореакторыпомогают эффективно исследовать быстропротекающие и сильно экзотермические процессы.В работах [54] и [55] описано использование микрореактора для исследования химическойкинетики.
В [56] показано применение микрореактора для исследования органических реакций.В [57] описано, как применение микрореакторов позволяет использовать аналитическиеметодики и проводить исследования разнообразными методами химических гетерогенныхпроцессов на катализаторе для систем H2, C2H4, CO2 и O2. Оптические и спектральныеметодики активно находят свое применение в микрореакторах. В [58] рассмотрена конструкциямикрореактора для пиролиза, позволяющая проводить лазерную спектроскопию внутреннегообъема в процессе работы. В [59, 60] показано применение микрореактора для in-situ изучениясвойств и реакций гетерогенного катализа спектральными методами. В [61] описаноиспользование методов инфракрасной и рентгеновской спектроскопии для изучениямногостадийных химических превращений органическихвеществ на катализаторе вмикрореакторе.
Авторы сообщают, что использование такой методики, при одновременномуправлении технологическими параметрами, позволяет детально изучать кинетику химическихпроцессов, в том числе детектировать короткоживущие промежуточные компоненты.Рассмотрение современных публикаций посвященных микрореакторам позволяет нетолько подтвердить фактами наличие у них фундаментальных преимуществ, о которых мыговорили в разделе 1.3, но и отметить основные тренды развития этой технологии. Главнымявляетсято,чтомикрореакторсегоднястановитсяновымнаучныминструментомисследователя. Внедрение разнообразных способов измерения, уникальное пространственное ивременное разрешение, возможность проведения огромного количества экспериментов – этоуникальные преимущества микрореакторной технологии.1.5.
Микрореакторы для осуществления процессов осаждения и травленияТехнологии осаждения и травления в микрореакторах являются темой настоящейдиссертацией, поэтому необходимо отдельно и более подробно рассмотреть имеющийсятеоретический и практический опыт, полученный исследователями со всего мира. Общее числоработ, посвященных данной тематике существенно меньше, чем работ по микрореакторамвообще. В диссертационной работе мы четко разграничиваем микрореакторы для работы сгазовой и с жидкостной фазой, поэтому проведем это деление и в настоящем обзоре.Начнем с работ, посвященных процессам локального химического осаждения вообще и вмикрореакторах в частности. Известны статьи [62] и [63], в которых рассматривалась проблема21локального осаждения углеродных нанотрубок (УНТ) в технологии химического осаждения изгазовойфазы(ХОГФ).Проблемалокализациирешаласьпутемпространственногоструктурирования теплового поля, которое выступает в роле активирующего фактора приосаждении.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
