دانلود ترجمه مقاله بررسی کاربردهای میکرو راکتورها (ساینس دایرکت – الزویر 2015)

بررسی کاربردهای میکرو راکتورها

Review of the applications of microreactors

چکیده

1 مقدمه

2 دستگاه های میکروساختار چندفازه برای سنتز نانوذرات غیرآلی و فلزی

3 سنتز مواد آلی در رآکتورهای میکروساختار

4 نتیجه گیری

منابع

چکیده

ميکرورآکتورها عملکردهای انتقال جرم و انتقال گرمای عالی را برای استخراج و واکنش های چند فازی فراهم می سازند. آنها ابزار قدرتمندی را برای تشدید فرآیند و پردازش ریزمقیاس (مقیاس میکرو)، فراهم می سازند. ما در این مقاله ساختارهای ميکرورآکتورها و واحدها، و کاربردهای آنها در سنتز نانوذرات، مواد آلی، پلیمرها و مواد زیستی مرور می کنیم. تکامل ساختاری و خصوصیات ميکرورآکتورهای تجاری و ميکرورآکتورهای ساخته شده در آزمایشگاه، با جزئیات کامل معرفی می شوند. توسعه های اخیر در ساخت، ساختارها و کاربردهای رآکتورهای میکروساختار توصیف می گردند. مسیرها و جهات امیدبخش در علوم تکنولوژی برای تکنولوژی واکنش های میکرو نیز مورد بحث قرار می گیرد.

2- دستگاه های میکروساختار چندفازه برای سنتز نانوذرات غیرآلی و فلزی

2-1 سنتز نانوذرات غیرآلی

ذرات ریز به صورت گسترده به عنوان موادی برای انواع بسیاری از محصولات صنعت شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرند. ناگاساوا و مائی [19] یک ميکرورآکتور با یک لوله دو محوری را با مفاهیمی از دو مایع امتزاج ناپذیر توسعه داده اند که در لوله های داخلی و خارجی جاری می گردند و یک جریان حلقوی و آرام از فازهای جدا شده را حفظ میکنند تا با استفاده کردن از دیواره سیال بیرونی، یک فضای میکرو را ایجاد نمایند (شکل 1a). در این روش یک بخش هسته زایی و یک بخش رشد ذرات به صورت متوالی در امتداد جریان در رآکتور به هم متصل می گردند. ذرات کروی تک مودال از تیتانیا با توزیع اندازه باریک به صورت موفقیت آمیز و بدون ته نشینی ذرات در دیواره تولید شدند و همانطور که در شکل 1(b) می بینید اندازه ذرات از طریق تغییر قطر لوله داخلی به صورت دقیق کنترل می شود. میانگین اندازه ذرات برای یک لوله 307 μm i.d. برابر با 45 nm، برای یک لوله 607 μm i.d. برابر با 84 nm، و برای یک لوله 877 μm i.d. برابر با 121 nm است. در این سیستم، تشکیل هسته ها و رشد ذرات در سطح مشترک دو سیال پردازش می شود (شکل 1c). در این نوع ميکرورآکتور لوله دو محوری تأیید شد که قراردهی یک لایه میانی بین واکنش دهنده ها، روش جذابی برای کنترل خواص ذرات و تحقق یک تولید پیوسته پایدار است. با این حال میکروکانال ریسک گرفتگی توسط ذرات ته نشین شده را به همراه دارد، که این به شرایط سنتز ذرات مانند ابعاد میکروکانال و نوع پردازش بستگی دارد. تولید پیوسته پایدار سبب گرفتگی میکروکانال نمی گردد و توان عملیاتی بالایی را نیز ایجاد میکند، که این برای تولید صنعتی مهم می باشد. این کار با تشکیل ریزقطرات میکروی هیدروژل سنتز زئولیت در یک فاز پارافین پیوسته از طریق پمپاژ ترتیبی یک محلول سیلیکا و یک محلول آلومین به داخل کانال هایی مویین انجام شد؛ این کانال های مویین از جنس فولاد ضد زنگ بودند و به صورت نزدیک به هم بسته بندی شده بودند و در محور یک لوله بیرونی PTFE قرار داشتند و پس از آن تبلور در لوله PTFE در زاویه 90℃ رخ میداد [20]. این روش سنتز پیوسته یک مرحله ای علاوه بر اینکه مانع از تغییرات محصول در دسته های مختلف می گردد، سبب کاهش هزینه های سنتز بزرگ مقیاس زئولیت و همچنین تولید تطبیق پذیر در طی آزمایشات انجام شده به مدت 8 ساعت نیز می گردند.

اخیراً نانوذرات نیمه رسانا به علت خصوصیات عالی خود، مورد توجه زیادی قرار گرفته اند. یِن و همکارانش [21] یک رآکتور چندکاناله با جریان پیوسته را برای آماده سازی یک سری نانوبلورهای CdSe گزارش داده اند. این رآکتور از یک مخلوط کن همرفتی کوچک و همچنین یک کانال واکنش شیشه ای گرمادهی شده (با قطر داخلی 250 μm) تشکیل می گردد که در یک دمای ثابت (180-320 ℃) نگه داشته میشود. محلول های پیش پیش ماده Cd (کادمیم) و Se (سلنیم) در دو جریان جداگانه تحویل داده می شوند و قبل از اینکه به بخش واکنش گرمادهی شده برسند در محفظه مخلوط کننده با هم ترکیب می گردند. حضور محفظه ضروری است چون زمانی که محلول های پیش ماده Cd و Se در دمای اتاق به هم برسند، به تدریج دسته های کوچک CdSe را تشکیل میدهند. این تشکیل دسته منجر به تکرارناپذیری در اندازه های NC های نهایی (نانوبلورها) می گردد که توسط رآکتور تولید شده اند و بنابراین پیش ماده های Cd و Se تا قبل از رسیدن به بخش گرمادهی شده با هم مخلوط نمی شوند. در این سیستم جریان پیوسته، واکنش ها در یک حالت پایا انجام می شوند و تحقق کنترل و تکرارپذیری بهتر را ممکن می سازند. با کاهش مقیاس ابعاد رآکتور به میکرومتر، مزایای بیشتری را میتوان محقق ساخت و بنابراین میتوان مصرف واکنشگرها را در طی فرآیند بهینه سازی کاهش داد و یکنواختی دما و زمان های اقامت در حجم واکنش را بهبود داد.