• 連續流微結構光化學(xué)反應器(光催化)

    連續流微結構光化學(xué)反應器(光催化)擁有透光率高、耐高溫、耐高壓、光強度大、光源純凈,控溫精準、無(wú)放大效應等特點(diǎn)。

    • 耐溫: -30℃-280℃
    • 耐壓: ≤20bar
    • 流量: 0-100mL/min,0.5-3L/min
    • 單片持液量: 18ml,23ml,230ml

    連續流光化學(xué)反應器(光催化)

    光催化反應對人類(lèi)的生存和發(fā)展起著(zhù)不可或缺的作用。從光合作用合成人類(lèi)基本生存所需的氮氣、食品和衣物到社會(huì )高度發(fā)展所需的各種新型材料、保健藥品以及維護生態(tài)環(huán)境的光化學(xué)廢物處理, 人類(lèi)生活的很多方面都與光化學(xué)反應相關(guān)。有光參與的化學(xué)反應避免了許多傳統化學(xué)反應給環(huán)境帶來(lái)的污染(如有毒溶劑和廢水)。此外, 通過(guò)光化學(xué)處理各種有機廢物, 還可以消除對環(huán)境的影響。

    作為最基本的物理化學(xué)反應之一,光化學(xué)與許多生命過(guò)程緊密相關(guān),并且在有機合成、環(huán)境保護、新材料、新能源等領(lǐng)域也發(fā)揮著(zhù)重要的作用。近年來(lái)光化學(xué)反應與連續流技術(shù)的結合受到了越來(lái)越多科研院所與工業(yè)界研究人員的注意。這兩種技術(shù)的結合,可以極大地縮短反應時(shí)間,提高反應的選擇性以及安全性,在許多方面具有傳統燒瓶反應無(wú)法比擬的優(yōu)越性。

    光催化合成反應因具有使用清潔能源,高能量利用率,高選擇性,高原子經(jīng)濟性,反應條件溫和可控等諸多優(yōu)勢。光化學(xué)反應器擁有透光率高、耐高溫、耐高壓、光強度大、光源純凈,控溫精準、無(wú)放大效應。光化學(xué)反應器主要用于研究氣相、液相固相、流動(dòng)體系在模擬紫外光、模擬可見(jiàn)光、特種模擬光照射下,負載光催化劑等條件下的光化學(xué)反應。

    光催化反應器用于進(jìn)行光化學(xué)反應,水分解和光氯化反應。反應在光子和催化劑的存在下進(jìn)行。因此,它被稱(chēng)為光催化反應或光化學(xué)反應。該反應器也稱(chēng)為光催化反應器。

    產(chǎn)品類(lèi)別:光化學(xué)反應器;流動(dòng)反應器;高壓光反應器;微流光反應器;光催化反應器。

    微結構和可見(jiàn)光提高了光化學(xué)合成的效率

    在過(guò)去的一個(gè)世紀里,合成有機光化學(xué)得到了廣泛的探索,通常為制備復雜的有機分子鋪平了道路,這些分子無(wú)法通過(guò)經(jīng)典的熱化學(xué)途徑獲得。幾種光化學(xué)合成已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)應用,用于生產(chǎn)日?;瘜W(xué)品。然而,直到最近,光化學(xué)還沒(méi)有被充分利用為有機化學(xué)中的合成方法。隨著(zhù)利用可見(jiàn)光的新型光催化和光物理概念的出現,合成有機光化學(xué)的研究領(lǐng)域近年來(lái)已發(fā)展成為一種極其多樣化和廣泛認可的合成方法。同時(shí),連續流動(dòng)化學(xué)和微工藝技術(shù)已成為化學(xué)合成的成熟工具,并已被證明是光化學(xué)在學(xué)術(shù)和工業(yè)研究中發(fā)展的完美合作伙伴。

    微結構流動(dòng)反應器是進(jìn)行光化學(xué)合成的理想選擇,它使入射光與微結構中的液相和氣相以及固體催化劑完美接觸。通過(guò)通道或毛細管中工藝流通過(guò)其流速精確定義的照射時(shí)間,對光化學(xué)過(guò)程進(jìn)行精確控制。我們使用節能的LED技術(shù)在合成中進(jìn)行波長(cháng)選擇性照射。目前可用的光發(fā)射器尺寸小,使這些光源能夠專(zhuān)門(mén)適應各種微反應器架構。

    可提供給我們的客戶(hù)

    除了開(kāi)發(fā)和制造光微反應器和相關(guān)合成設備外,我們還為您所需的合成工藝進(jìn)行可行性研究。我們也很樂(lè )意在隨后將評估過(guò)程轉移到連續流動(dòng)操作的過(guò)程中陪伴您,并利用我們在反應器和設備開(kāi)發(fā)方面的專(zhuān)業(yè)知識,直至中試規模。

    我們關(guān)注連續流動(dòng)級聯(lián)反應的發(fā)展,為此我們希望將光化學(xué)催化(例如與貴金屬、有機或生物催化)相結合,從而為多級合成創(chuàng )造特別大的協(xié)同作用。

    采用微結構光化學(xué)反應器后利益&技術(shù)優(yōu)勢

    · 在可見(jiàn)光下,溫和的反應條件可減少工藝溶液中的降解,從而最大限度地提高產(chǎn)品質(zhì)量。

    · 光化學(xué)與熱化學(xué)的不同反應性為您的產(chǎn)品組合提供了新的合成路線(xiàn)和產(chǎn)品。

    · 光化學(xué)與其他催化過(guò)程的高度兼容性,可以有針對性地集成到您現有的合成過(guò)程中。

    · 巧妙的反應器設計可確保更好的過(guò)程控制。

    · 工藝強化避免了不必要的浪費。

    · 流動(dòng)反應器的固有放大會(huì )自動(dòng)降低工藝成本。

    一、連續流光催化反應優(yōu)勢

    1、傳質(zhì)傳熱效率高:連續流光化學(xué)反應器的通道尺寸一般小于1mm,液體物料在其中以層流(Laminar flow)的形式通過(guò)。當液體以這種形式流動(dòng)時(shí),物料混合效果由各平行薄層的擴散情況決定,通道尺寸越小,物料混合均勻所需的時(shí)間越短。對于連續流光反應器,物料的混合可以在毫秒級的時(shí)間內完成,效率遠高于傳統的燒瓶反應器,由此可以極大的避免因局部濃度不均勻而引發(fā)的副反應。在光化學(xué)反應過(guò)程中,除反應自身生成的熱量外,光源的照射也會(huì )引起反應溫度上升。得益于自身巨大的比表面積,連續流反應器可以及時(shí)將多余的熱量移出,避免因局部過(guò)熱生成大量的副產(chǎn)物。

    2、實(shí)現多步反應連續進(jìn)行:一些復雜的有機化合物,其合成過(guò)程不僅需要多步反應,且中間產(chǎn)物也需要經(jīng)過(guò)提純才可投入下步反應,而這些過(guò)程就需要消耗大量的時(shí)間和人力。連續流技術(shù)則提供了一種可能的簡(jiǎn)化途徑。對于一些生成不穩定的中間體,如重氮鹽、疊氮化合物的反應,連續流光化學(xué)反應也比燒瓶反應更具優(yōu)勢。

    3、增加操作過(guò)程中的安全性:與傳統的反應器相較,連續流反應器中持有的反應物料量明顯要少,因此可以降低一些危險反應,如易爆、劇毒反應的安全隱患。即使發(fā)生事故,由于反應器內部的物料量少,產(chǎn)生的危害也會(huì )大大減小。因為具備更好的安全性,連續流反應許多在燒瓶中無(wú)法實(shí)現的反應提供了可能的實(shí)現途徑,此外連續流反應放大效應小,更容易實(shí)現擴大生產(chǎn)。

    二、光催化反應光源種類(lèi)

    可用于光催化反應器的光源主要有高壓汞燈、氙燈、碘鎢燈、LED等幾種,

    其中LED根據波長(cháng)范圍劃分,又可以分為UV-LED和VIS-LED。根據芯片的排列方式不同,又可以分為L(cháng)ED點(diǎn)光源、LED線(xiàn)光源、LED面光源。其中,最適合跟板式微通道反應器聯(lián)用的為L(cháng)ED面光源。

    VIS-LED可見(jiàn)光光源:藍光-LED、紫光-LED、6000K-LED、4000K-LED。

    UV-LED紫外光光源:UVA-LED、UVB-LED、UVC-LED。

    UVA-LED長(cháng)波紫外光源:315nm-LED、365nm-LED

    UVB-LED中波紫外線(xiàn):280nm-LED、300nm-LED

    UVC-LED短波紫外線(xiàn):200-275nm。

    Vacuum UV真空紫外光:10--200nm。

    VIS-LED面可見(jiàn)光光源技術(shù)參數:


    VIS-LED面光源

    產(chǎn)品尺寸

    220*112.7*3mm

    210*180*3mm

    發(fā)光面積

    203*100mm

    182*170mm

    功率

    80-200W

    80-300W

    芯片數量

    336

    588

    電壓、電流

    DC12-24V、15A

    DC12-24V、15A

    顯指

    75-80%

    75-80%

    光效

    >150LM/W

    >130LM/W

    波長(cháng)

    紫、藍、綠、紅、白、冷白

    紫、藍、綠、紅、白、冷白


    UV-LED面紫外光源技術(shù)參數:


    UV-LED面光源

    產(chǎn)品尺寸

    220*112.7*3mm

    210*180*3mm

    發(fā)光面積

    203*100mm

    182*170mm

    功率

    10-50W

    10-70W

    芯片數量

    336

    588

    電壓

    DC12-24V

    DC12-24V、15A

    最大電流

    1A-2A

    2-3A

    光輻照度

    >1500mW/cm2

    >1200mW/cm2

    波長(cháng)

    365、315、300、280nm

    365、315、300、280nm


    三、光催化反應器優(yōu)缺點(diǎn)

    優(yōu)點(diǎn):無(wú)污染、穩定、功率可調節、光強大、無(wú)需濾光片、易形成撬裝;輕薄、精度高高光強及輻照度、穩定性好易形成撬裝、外形規則、空間干涉小、方便調節發(fā)光距離、可搭配散熱器一起使用。

    缺點(diǎn):波長(cháng)選擇不可調節、定制性強。

    四、光催化反應器分類(lèi)

    光催化微反應器根據形態(tài)劃分,主要分為管式微反應器和板式微反應器兩種。

    根據材質(zhì)區分,又可以分為玻璃、石英、PMMA、PDMS等幾種微反應器。

    其中玻璃微反應器根據玻璃種類(lèi)不同又可分為鈉鈣、鋁硅、鉛硅、高硼硅等幾種

    微反應器,石英微反應器又可分為JGS1、JGS2型。

    管式光催化反應器與板式光催化反應器優(yōu)勢對比:

    微通道

    管式反應器

    板式反應器

    流動(dòng)方式

    連續流

    連續流

    流動(dòng)模型

    層流

    層流、錯流、渦流、渦街

    耐壓

    0-5bar

    0-20bar

    耐溫

    -60-300℃

    -60-300℃

    易于放大

    五、MF系列光催化反應器技術(shù)參數

    由于玻璃的透光性,在光催化方向,玻璃微反應器更優(yōu)于其他材質(zhì)的微反應器。采用進(jìn)口高硼硅浮法玻璃,其通光性在280nm到380nm這個(gè)區間段紫外光透光率能超過(guò)80%。并且比傳統的管式催化,微反應器還能通過(guò)換熱層的應用,增加催化條件,促進(jìn)反應物生成。

    MICROFLU?系列連續流光化學(xué)反應器

    型號

    MF-V6G-M

    MF-V6G-M(HT)

    MF-V6G-M(CRT)

    MF-V9G-M(CRT)

    尺寸

    152*152mm

    290*290mm

    材質(zhì)

    高硼硅玻璃

    持液量/反應體積

    18ml

    18ml

    23ml

    238ml

    反應停留時(shí)間(單模塊)

    10.8s-180min

    10.8s-180min

    13.8s-230min

    -

    溫度范圍

    -25°C-195°C

    壓力范圍

    0-20bar

    流量范圍

    0.1-100mL/min(最大通量6kg/h)

    0.5-3L/min(最大通量180kg/h)

    結構類(lèi)型

    -

    -

    連續旋轉

    連續旋轉

    適用反應類(lèi)型

    液液混合及氣液混合

    液液混合及氣液混合,兼容部分固體顆粒

    用于連續結晶及對固體顆粒一致性要求較高的,液液、及液固類(lèi)型工藝

    用于連續結晶及對固體顆粒一致性要求較高的,液液、及液固類(lèi)型工藝

    配套夾具材質(zhì)

    PFA/PPS可選

    PFA

    試劑進(jìn)出口

    兩進(jìn)一出或一進(jìn)一出(*可定制多路進(jìn)口

    原料進(jìn)口方式

    同軸包被進(jìn)樣

    標準串聯(lián)反應模塊數量

    6

    -

    光源類(lèi)型

    LED陣列式面光源

    光照類(lèi)型

    雙面光照

    單個(gè)燈珠電功率

    2W(通過(guò)編程器功率可調/3W

    可用光波段范圍

    280nm

    常見(jiàn)光源波段(參考)

    285nm、295nm、310nm、365nm、395nm、405-425nm、450-475nm(藍光)、520-550nm(綠光)、4000K、6000K等

    光源散熱方式

    液冷散熱

    六、光化學(xué)反應器應用領(lǐng)域

    偶氮染料

    光氯化

    水分解

    水處理

    制藥業(yè)(生物醫藥)

    研發(fā)實(shí)驗室

    教育機構

    可替代能源

    環(huán)境工程學(xué)

    只有少量的光化學(xué)工藝,如維生素D3和維生素A的合成從(由BASF和Hoffmann-LaRoch),玫瑰醚(Symrise)、己內酰胺(Toray)和青蒿素(Sanofi和Huvepharma)已投入商業(yè)應用。

    七、光催化微反應器可能的應用領(lǐng)域

    烯烴的光異構反應與光重排反應:光誘導順?lè )串悩嫽磻?、光誘導價(jià)鍵異構化反應、雙-(π-甲烷)重排反應、光誘導δ遷移重排反應、周環(huán)反應等。

    光誘導的環(huán)合加成:光誘導[2+2]環(huán)加成反應、雜環(huán)雙鍵[4+4]光環(huán)合加成反應生成交叉環(huán)合物等。

    烯烴的光氧化反應:烯烴與單線(xiàn)態(tài)氧的[1+2]環(huán)加成反應、O2與烯烴的[1,3]加成反應(“ene”反應)、共軛二烯與單線(xiàn)態(tài)氧的[1+4]環(huán)加成反應。

    有機光化學(xué)反應類(lèi)型:

    1. 光作為引發(fā)劑:光引發(fā)誘導產(chǎn)生自由基反應,典型的反應有自由基聚合以及光鹵化反應。

    2. 光參與反應:Quasi-Stoichiometric反應:光是作為反應物,沒(méi)有光的參與,反應不能發(fā)生。

    光化學(xué)反應應用類(lèi)型

    Barton亞硝酸酯光解反應、Barton自由基脫羧反應、Bergman芳環(huán)化反應

    、Brandi-Guama螺環(huán)丙烷重排反應、Büchner擴環(huán)反應、Curtius 重排、deMayo反應(de Mayo Reaction)、Dimroth重排反應、Di-π-methane重排(Di-π-methane Rearrangement)、Feldman烯烴環(huán)戊烷合成反應、Fries重排

    、Nazarov環(huán)化反應、Paternó–Büchi反應、Reimer–Tiemann反應、Vinylcyclopropane-cyclopentene rearrangement(烯基環(huán)丙烷-環(huán)戊烯重排)

    、Wolff重排、Wohl–Ziegler反應、Ciamician–Dennstedt重排、脫羧偶聯(lián)反應 Decarboxylative Coupling、光氯化、光烷基化。

    應用領(lǐng)域

    · 光氯化

    · 維生素D的生產(chǎn)

    · 光烷基化

    · 青蒿素生產(chǎn)(抗瘧疾藥物)

    · 己內酰胺的生產(chǎn)

    6個(gè)單一波長(cháng)的選擇(365nm、385nm、405nm、485nm、610nm和4000k)

    光化學(xué)有機轉化是一種很有吸引力的合成方法。按比例放大光化學(xué)反應需要考慮很多因素,例如光源、熱和質(zhì)量傳遞的測量以及安全問(wèn)題等。

    光化學(xué)微反應器具有如下特點(diǎn):

    1. 光程極短,可以廣泛均勻地照射反應混合物;

    2. 通過(guò)調節停留時(shí)間可以避免或最小化不必要的副反應和后續反應;

    3. 高效使用光能,更節能。

    光化學(xué)反應對人類(lèi)的生存和發(fā)展起著(zhù)不可或缺的作用。從光合作用合成人類(lèi)基本生存所需的氮氣、食品和衣物到社會(huì )高度發(fā)展所需的各種新型材料、保健藥品以及維護生態(tài)環(huán)境的光化學(xué)廢物處理, 人類(lèi)生活的很多方面都與光化學(xué)反應相關(guān)。有光參與的化學(xué)反應避免了許多傳統化學(xué)反應給環(huán)境帶來(lái)的污染(如有毒溶劑和廢水)。此外, 通過(guò)光化學(xué)處理各種有機廢物, 還可以消除對環(huán)境的影響。

    作為最基本的物理化學(xué)反應之一,光化學(xué)與許多生命過(guò)程緊密相關(guān),并且在有機合成、環(huán)境保護、新材料、新能源等領(lǐng)域也發(fā)揮著(zhù)重要的作用。而連續流技術(shù)作為當前醫藥化工行業(yè)科技創(chuàng )新的重點(diǎn)和熱點(diǎn),也逐漸在制藥、石化、材料等行業(yè)嶄露頭角。近年來(lái)光化學(xué)反應與連續流技術(shù)的結合受到了越來(lái)越多科研院所與工業(yè)界研究人員的注意。這兩種技術(shù)的結合,可以極大地縮短反應時(shí)間,提高反應的選擇性以及安全性,在許多方面具有傳統燒瓶反應無(wú)法比擬的優(yōu)越性。概括來(lái)說(shuō),連續流光反應具有如下優(yōu)勢:

    1.1 傳質(zhì)傳熱效率高

    連續流光反應器的通道尺寸一般小于1mm,液體物料在其中以層流(Laminar flow)的形式通過(guò)。當液體以這種形式流動(dòng)時(shí),物料混合效果由各平行薄層的擴散情況決定,通道尺寸越小,物料混合均勻所需的時(shí)間越短。對于連續流光反應器,物料的混合可以在毫秒級的時(shí)間內完成,效率遠高于傳統的燒瓶反應器,由此可以極大的避免因局部濃度不均勻而引發(fā)的副反應。

    連續流微通道反應器生產(chǎn)廠(chǎng)家

    圖1 液體在連續流光反應器中的流動(dòng)情況[1]

    在光化學(xué)反應過(guò)程中,除反應自身生成的熱量外,光源的照射也會(huì )引起反應溫度上升。得益于自身巨大的比表面積,連續流反應器可以及時(shí)將多余的熱量移出,避免因局部過(guò)熱生成大量的副產(chǎn)物。

    1.2 實(shí)現多步反應連續進(jìn)行

    一些復雜的有機化合物,其合成過(guò)程不僅需要多步反應,且中間產(chǎn)物也需要經(jīng)過(guò)提純才可投入下步反應,而這些過(guò)程就需要消耗大量的時(shí)間和人力。連續流技術(shù)則提供了一種可能的簡(jiǎn)化途徑。

    連續流微通道反應器生產(chǎn)廠(chǎng)家

    圖2 連續流反應與燒瓶反應在多步合成中的對比 [1]

    圖2顯示了連續流反應與傳統燒瓶反應的對比,可以看出連續流反應可以極大的簡(jiǎn)化反應,避免了因提純中間產(chǎn)物而消耗大量的時(shí)間。此外對于一些生成不穩定的中間體,如重氮鹽、疊氮化合物的反應,連續流反應也比燒瓶反應更具優(yōu)勢。

    1.3 增加操作過(guò)程中的安全性

    與傳統的反應器相較,連續流反應器中持有的反應物料量明顯要少,因此可以降低一些危險反應,如易爆、劇毒反應的安全隱患。即使發(fā)生事故,由于反應器內部的物料量少,產(chǎn)生的危害也會(huì )大大減小。

    因為具備更好的安全性,連續流反應許多在燒瓶中無(wú)法實(shí)現的反應提供了可能的實(shí)現途徑,此外連續流反應放大效應小,更容易實(shí)現擴大生產(chǎn)。

    連續流光反應具備許多傳統反應不具備的優(yōu)勢,因此也在多個(gè)領(lǐng)域得到應用。

    有機光化學(xué)原理

    光化學(xué)反應是指物質(zhì)的分子吸收了外來(lái)光子的能量后激發(fā)的化學(xué)反應。

    光是一種電磁波,具有波粒雙重性質(zhì)。光的最小單元是光子,對于1 mol 光子,所吸收的能量E為:

    E=Nhc/λ                             (1-1)

    N為Avogadro常數(6.023×1023mol-1),h為Plank常數(6.62×10-34j·s),C為光速(2.998×108m/s),λ為光的波長(cháng)。

    光對反應物分子輻射時(shí),分子中的電子將從一個(gè)電子軌道躍遷到另一個(gè)較高能級的電子軌道即由基態(tài)分子M變成激發(fā)態(tài)分子M*,之后才有可能進(jìn)行化學(xué)反應。參與光化學(xué)反應的分子軌道有5類(lèi),即:n、π、π*、σ和σ*軌道。

    光化學(xué)反應中涉及的電子躍遷方式主要有以下3種:

    (1) π → π*躍遷:烯烴中的π鍵吸收光后,π軌道中的一個(gè)電子躍遷到π*軌道上,即是π→π*躍遷。

    (2) n→π*躍遷:由于分子中參與形成雙鍵的雜原子(如O,N,S)具有孤對電子,光激發(fā)后雜原子上的孤電子將從非鍵軌道(n-軌道)躍遷到反鍵π*軌道,即發(fā)生n→π*躍遷。

    (3) n→σ*躍遷:一些與碳以單鍵連接的雜原子化合物,如醇、硫醇、胺、鹵化烴等,在波長(cháng)小于200 nm光作用下,可發(fā)生n→σ*。 

    有機光化學(xué)反應類(lèi)型:

    光化學(xué)反應可劃分為兩大類(lèi):1. 光作為引發(fā)劑。2. 光參與反應。在第一類(lèi)中,光引發(fā)誘導產(chǎn)生自由基反應,典型的反應有自由基聚合以及光鹵化反應。在第二類(lèi)光參與反應中又可分為兩種,一種是Quasi-Stoichiometric 反應。光是作為反應物,沒(méi)有光的參與,反應不能發(fā)生。

    光照重排反應:

    Z/E異構化反應:烯烴在直接光照下或在加入敏化劑下光照可以發(fā)生異構化反應。

    光誘導δ遷移重排反應:根據Woodward-Hoffman,分子在發(fā)生重排時(shí),起決定作用的分子軌道是共軛烯烴的HOMO。為了使共軛多烯兩端的碳原子的p軌道旋轉關(guān)環(huán)生成δ鍵時(shí),經(jīng)過(guò)一個(gè)能量最低的過(guò)渡態(tài),這兩個(gè)軌道必須發(fā)生相同的重疊。

    雙-(π-甲烷)重排反應:這類(lèi)反應可以控制產(chǎn)物的立體構型,所以廣泛應用于有機合成中[2]。

    光環(huán)化反應

    [2+2]環(huán)加成:兩個(gè)獨立的π電子體系在光照作用下合成一個(gè)環(huán)丁烷結構,環(huán)丁烷進(jìn)一步可發(fā)生斷鍵、擴環(huán)或縮環(huán)反應。反應在分子間與分子內都能發(fā)生;共軛雙鍵、非共軛雙鏈、羰基與其它雜原子的π體系上都能進(jìn)行這種反應。

    [4+2]環(huán)加成反應:在光照的條件下反應,與傳統意義的反應相比具有不同的空間立體選擇性,所以可以根據產(chǎn)物的空間立體構型選擇合適的合成方法。

    雜環(huán)雙鍵[4+4]光環(huán)合加成反應:此類(lèi)型反應生成交叉環(huán)合物對于復雜多環(huán)結構化合物的合成具有特殊的意義。

    可擴展的光化學(xué)

    光化學(xué)對制藥和化學(xué)工業(yè)來(lái)說(shuō)意義重大,因為光激活轉化使人們可以進(jìn)入新的化學(xué)空間,發(fā)現合成工藝的捷徑。然而,因為缺乏合適的多用途和可擴展的光反應器,工業(yè)界無(wú)法利用其進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn),以致它像一個(gè)“被遺忘的”學(xué)科。

    當擴大光化學(xué)工藝時(shí),根據布格-朗伯-比爾定律中所述的光衰減效應,擴大反應器的尺寸會(huì )降低有效的光子輸入。當通過(guò)傳統的批次反應器方法放大時(shí),會(huì )迅速產(chǎn)生反應工藝光子受限效應。

    為了確保生產(chǎn)轉換,工程師們必須在循環(huán)反應器(側環(huán)和降膜反應器)中,高度稀釋反應物濃度,并配備能源密集型的光源單元,如汞燈,以延長(cháng)照射時(shí)間來(lái)運行他們的工藝,這些固有的擴展限制常常使工藝過(guò)程變得不經(jīng)濟。

    只有少量的光化學(xué)工藝,如維生素D3和維生素A的合成從(由BASF和Hoffmann-LaRoch),玫瑰醚(Symrise)、己內酰胺(Toray)和青蒿素(Sanofi和Huvepharma)已投入商業(yè)應用。然而,近年來(lái)連續流化學(xué)和高效單色光源的發(fā)展,如 LEDs,為光化學(xué)的工業(yè)化應用帶來(lái)了新機遇。

    光化學(xué)應用

    Barton亞硝酸酯光解反應

    Barton自由基脫羧反應

    Bergman芳環(huán)化反應

    Brandi-Guama螺環(huán)丙烷重排反應

    Büchner擴環(huán)反應

    Curtius 重排

    deMayo反應(de Mayo Reaction)

    Dimroth重排反應

    Di-π-methane重排(Di-π-methane Rearrangement)

    Feldman烯烴環(huán)戊烷合成反應

    Fries重排

    Nazarov環(huán)化反應

    Paternó–Büchi反應

    Reimer–Tiemann反應

    Vinylcyclopropane-cyclopentene rearrangement(烯基環(huán)丙烷-環(huán)戊烯重排)

    Wolff重排

    Wohl–Ziegler反應

    光催化下N-膦?;舶泛挺?重氮酮通過(guò)流動(dòng)反應器進(jìn)行苯環(huán)關(guān)環(huán)反應的研究

    可見(jiàn)光/Ni雙催化的二級烷基與芳基的交叉偶聯(lián)反應

    Ciamician–Dennstedt重排

    脫羧偶聯(lián)反應 Decarboxylative Coupling

    單線(xiàn)態(tài)氧的化學(xué)研究

    連續流光反應在有機合成中的應用

    近年來(lái),連續流光反應開(kāi)始在一些有機合成反應中的得到應用,比如環(huán)加成反應。Ryu[2]等使用通道尺寸為1mm*0.5mm的玻璃連續流反應器,以300W的高壓汞燈作為光源進(jìn)行了環(huán)己烯酮和乙酸乙烯酯的環(huán)加成反應,并在相同條件下用燒瓶反應進(jìn)行了對照。結果發(fā)現,連續流反應器在更短的時(shí)間內可以實(shí)現更高的收率。使用連續流反應器反應2h,收率可以達到71%,而使用燒瓶做為反應器,反應4h,收率只有22%。之后Ryu等又使用不同的光源進(jìn)行了反應,發(fā)現UV-LED燈可以進(jìn)一步提升反應效果,照射15min,收率即可達到91%。

    連續流微通道反應器生產(chǎn)廠(chǎng)家

    圖3 環(huán)己烯酮和乙酸乙烯酯的環(huán)加成反應[1,2]

    除環(huán)加成反應外,連續流光反應還在異構化反應、環(huán)化反應、脫羧反應等方面有較多的應用[3]。

    2.2 連續流光反應在材料科學(xué)中的應用

    具有窄多分散性的聚合物顆粒在醫藥、樹(shù)脂、光存儲等領(lǐng)域具有巨大的應用潛力,而連續流光反應技術(shù)則在這類(lèi)聚合物粒子的合成中得到廣泛的使用。使用連續流光反應技術(shù),可以較好的控制這類(lèi)粒子的形貌、尺寸以及組成。

    除聚合物的合成,連續流光反應技術(shù)也可應用于聚合物的化學(xué)修飾。聚合物的后期修飾被認為具有很大的難度,因為在既要保證聚合物鏈的完整又要精確控制修飾的位點(diǎn)。Seeberger[4]等就利用環(huán)加成反應,在聚賴(lài)氨酸上偶聯(lián)上糖分子。修飾過(guò)程在FEP塑料管中進(jìn)行,使用450W中壓力汞燈作為光源,照射40min即可得到很好的收率。

    連續流微通道反應器生產(chǎn)廠(chǎng)家

    圖4 使用連續流光反應對聚賴(lài)氨酸進(jìn)行修飾[1]

    除上述應用外,連續流光反應技術(shù)還在其它領(lǐng)域如污水處理等方面有著(zhù)大量的應用,隨著(zhù)研究的不斷進(jìn)行,連續流光反應技術(shù)會(huì )在更多領(lǐng)域展現除它的威力。


    MF-V6G系列光催化反應器技術(shù)參數

    由于玻璃的透光性,在光催化方向,玻璃微反應器更優(yōu)于其他材質(zhì)的微反應器。采用進(jìn)口高硼硅浮法玻璃,其通光性在280nm到380nm這個(gè)區間段紫外光透光率能超過(guò)80%。并且比傳統的管式催化,微反應器還能通過(guò)換熱層的應用,增加催化條件,促進(jìn)反應物生成。

    MICROFLU?系列連續流光化學(xué)反應器

    型號

    MF-V6G-M

    MF-V6G-M(HT)

    MF-V6G-M(CRT)

    MF-V9G-M(CRT)

    尺寸

    152*152mm

    290*290mm

    材質(zhì)

    高硼硅玻璃

    持液量/反應體積

    18ml

    18ml

    23ml

    238ml

    反應停留時(shí)間(單模塊)

    10.8s-180min

    10.8s-180min

    13.8s-230min

    -

    溫度范圍

    -25°C-195°C

    壓力范圍

    0-20bar

    流量范圍

    0.1-100mL/min(最大通量6kg/h)

    0.5-3L/min(最大通量180kg/h)

    結構類(lèi)型

    -

    -

    連續旋轉

    連續旋轉

    適用反應類(lèi)型

    液液混合及氣液混合

    液液混合及氣液混合,兼容部分固體顆粒

    用于連續結晶及對固體顆粒一致性要求較高的,液液、及液固類(lèi)型工藝

    用于連續結晶及對固體顆粒一致性要求較高的,液液、及液固類(lèi)型工藝

    配套夾具材質(zhì)

    PFA/PPS可選

    PFA

    試劑進(jìn)出口

    兩進(jìn)一出或一進(jìn)一出(*可定制多路進(jìn)口

    原料進(jìn)口方式

    同軸包被進(jìn)樣

    標準串聯(lián)反應模塊數量

    6

    -

    光源類(lèi)型

    LED陣列式面光源

    光照類(lèi)型

    雙面光照

    單個(gè)燈珠電功率

    2W(通過(guò)編程器功率可調/3W

    可用光波段范圍

    280nm

    常見(jiàn)光源波段(參考)

    285nm、295nm、310nm、365nm、395nm、405-425nm、450-475nm(藍光)、520-550nm(綠光)、4000K、6000K等

    光源散熱方式

    液冷散熱


    連續流光催化反應器應用領(lǐng)域

    偶氮染料

    光氯化

    水分解

    水處理

    制藥業(yè)(生物醫藥)

    研發(fā)實(shí)驗室

    教育機構

    可替代能源

    環(huán)境工程學(xué)

    只有少量的光化學(xué)工藝,如維生素D3和維生素A的合成從(由BASF和Hoffmann-LaRoch),玫瑰醚(Symrise)、己內酰胺(Toray)和青蒿素(Sanofi和Huvepharma)已投入商業(yè)應用。

    光催化微反應器可能的應用領(lǐng)域

    烯烴的光異構反應與光重排反應:光誘導順?lè )串悩嫽磻?、光誘導價(jià)鍵異構化反應、雙-(π-甲烷)重排反應、光誘導δ遷移重排反應、周環(huán)反應等。

    光誘導的環(huán)合加成:光誘導[2+2]環(huán)加成反應、雜環(huán)雙鍵[4+4]光環(huán)合加成反應生成交叉環(huán)合物等。

    烯烴的光氧化反應:烯烴與單線(xiàn)態(tài)氧的[1+2]環(huán)加成反應、O2與烯烴的[1,3]加成反應(“ene”反應)、共軛二烯與單線(xiàn)態(tài)氧的[1+4]環(huán)加成反應。

    有機光化學(xué)反應類(lèi)型:

    1. 光作為引發(fā)劑:光引發(fā)誘導產(chǎn)生自由基反應,典型的反應有自由基聚合以及光鹵化反應。

    2. 光參與反應:Quasi-Stoichiometric反應:光是作為反應物,沒(méi)有光的參與,反應不能發(fā)生。

    光化學(xué)反應應用類(lèi)型

    Barton亞硝酸酯光解反應、Barton自由基脫羧反應、Bergman芳環(huán)化反應

    、Brandi-Guama螺環(huán)丙烷重排反應、Büchner擴環(huán)反應、Curtius 重排、deMayo反應(de Mayo Reaction)、Dimroth重排反應、Di-π-methane重排(Di-π-methane Rearrangement)、Feldman烯烴環(huán)戊烷合成反應、Fries重排

    、Nazarov環(huán)化反應、Paternó–Büchi反應、Reimer–Tiemann反應、Vinylcyclopropane-cyclopentene rearrangement(烯基環(huán)丙烷-環(huán)戊烯重排)

    、Wolff重排、Wohl–Ziegler反應、Ciamician–Dennstedt重排、脫羧偶聯(lián)反應 Decarboxylative Coupling、光氯化、光烷基化。

    應用領(lǐng)域

    · 光氧化

    · 光氯化

    · 維生素D的生產(chǎn)

    · 光烷基化

    · 青蒿素生產(chǎn)(抗瘧疾藥物)

    · 己內酰胺的生產(chǎn)


    光化學(xué)反應是指物質(zhì)的分子吸收了外來(lái)光子的能量后激發(fā)的化學(xué)反應。

    光化學(xué)反應器(Photo catalytic reactor)是采用光催化反應機理,利用光照和催化劑作用來(lái)分解有機物的化學(xué)過(guò)程。光化學(xué)反應器具有反應條件溫和、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)。

    連續流光化學(xué)反應器示意圖


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