一種基于微流控技術制備均勻中空液滴的方法技術

本發明專利技術公開了屬于化工技術領域的一種基于微流控技術制備均勻中空液滴的方法。該方法為微流控技術與氣液傳質過程的結合，將含有待吸收組分氣體與液滴相蒸汽的混合氣通入微設備內，在連續相流體的剪切作用下形成氣液微分散過程。同時氣相中待傳質組分不斷被連續相液體吸收，導致液滴相蒸汽組分的分壓增大直至超過操作條件下的飽和蒸汽壓，進而由氣相轉化為液相包覆在氣泡表面，形成中空液滴。制備出的中空液滴平均直徑為50~1000μm，相對偏差<3%，液膜厚度為1~50μm。該方法簡便可靠，在結構簡單的微設備內即可實現大規模制備，且液滴尺寸和液膜厚度便于調控，單分散性良好。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于化工
，具體涉及。
技術介紹
中空液滴以其特殊的組成與結構，在化學、化工、材料、生物、醫藥等領域具有廣泛的應用前景，例如用于制造輕質填充材料、光電顯示器材、化學催化材料、藥物遞送載體等高新技術產品。具有此種中空結構的液滴制備難點在于液滴的單分散性，以及尺寸和液膜厚度的控制與調控。 近年來在化學化工領域發展起來的微流控技術為實現單分散液滴或多重結構液滴的制備提供了有效的方法。目前有少數研究者已利用微流控設備制備出了內層包裹氣泡的中空液滴，但采用的方法大多存在以下不足氣液體系采取多級或多層分散，對微流控設備的結構設計和制造要求偏高；內層氣相所受外相連續相剪切力較弱，形成的液滴尺寸偏大；為了使得分散形成的多重結構流型穩定，需要對氣液體系采取進一步的篩選，操作和適用范圍有限。針對以上存在的問題，設備結構簡單且具有普遍適用性的大規模制備方法成為中空液滴制備及應用方面的迫切需求。在微流控技術的基礎上結合氣液相間傳質及相轉化等物理化學過程，為中空液滴等復雜氣液分散流型的制備提供了新的方法和手段。
技術實現思路
本專利技術公開了一種基于微流控技術大規模制備均勻中空液滴的方法。，此方法為微流控技術與氣液傳質相結合的過程，包括以下步驟(I)以氣相為分散相,液相為連續相,將氣液兩相輸送入微流控設備內，分散相氣體在連續相液體的剪切作用下形成均勻穩定的單分散氣柱或氣泡；其中氣相進料溫度為2(T90°C，氣相與液相流量比為3 100，微流控設備的通道長度為10 200 cm；所述氣相為含有待吸收組分和接近飽和的液滴相蒸汽組分的混合氣體；其中待吸收組分為與連續相液體發生傳質作用的氣體組分，以保證通過傳質作用液膜相蒸汽組分的分壓顯著提高；液滴相蒸汽組分為液滴相液體在氣相進料溫度下揮發形成的氣體組分；所述液相為不與液滴相互溶或發生作用的含吸收劑的溶液；(2)隨著單分散氣柱或氣泡在微流控設備中流動，氣相中待吸收組分不斷與液相發生傳質作用進而被連續相液體吸收，一方面氣柱或氣泡的分散尺寸減小形成均勻的微氣泡內核，另一方面氣相中液滴相蒸汽組分的分壓不斷增大直至超過操作條件下的飽和蒸汽壓，進而由氣相轉化為液相包覆在氣泡內核表面，形成中空液滴；中空液滴具有復合結構，為內層包裹氣泡表層為薄層液膜或者內層氣泡完全被吸收形成均一液滴。所述待吸收組分為二氧化碳或氨氣。所述液滴相液體為在氣相進料溫度范圍內飽和蒸汽壓為5 100 kPa的烷烴類、酮類、醇類或酯類。所述吸收劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀、單乙醇胺、二乙醇胺或乙酸。本專利技術具有以下優點本專利技術方法制備出的中空液滴平均直徑為5(Γ1000 μπι，相對偏差〈3%，液膜厚度為f 50 μ m,形成的中空液滴單分散性良好，尺寸和液膜厚度便于調控；采用的方法簡便可靠，在結構簡單的常規微設備內即可實現大規模制備；體系適用范圍以及操作范圍較寬，具有普遍適用性。附圖說明圖I為微通道內中空液滴形成過程示意圖。圖2為形成的中空液滴(標尺ΙΟΟμπι)。·具體實施例方式以下通過實例對本專利技術進行進一步說明。實施例I分散相氣體為二氧化碳和正戊烷蒸汽的混合氣，流量為40mL/min，氣相進料溫度為27°C ;連續相液體為O. IM氫氧化鈉水溶液(含有O. 05 wt% SDS)，流量為2mL/min，由注射泵通入十字型微流控設備內，通道水力學直徑600 μ m,通道長度27cm。通過對稱垂直流剪切的方式以及氣液相間傳質過程形成中空液滴，如圖I所示，出口獲得的液滴平均直徑為50 μ m，液膜厚度為5μηι，如圖2所示。實施例2分散相氣體為二氧化碳和正己烷蒸汽的混合氣，流量為40mL/min，氣相進料溫度為40°C ;連續相液體為IM氫氧化鈉水溶液(含有O. 05 wt% SDS)，流量為800μ L/min，由注射泵通入T-型微流控設備內，通道水力學直徑600 μ m,通道長度63cm。通過錯流剪切的方式以及氣液相間傳質過程形成微液滴，如圖I所示。出口獲得的液滴平均直徑為98 μ m，內層氣泡消失。實施例3分散相氣體為二氧化碳和正辛烷蒸汽的混合氣，流量為70mL/min，氣相進料溫度為80°C ;連續相液體為O. 5M氫氧化鈉水溶液(含有O. 05 wt% SDS)，流量為lmL/min，由注射泵通入同軸環管型微流控設備內，通道水力學直徑600 μ m,通道長度45cm。通過并流剪切的方式以及氣液相間傳質過程形成中空液滴，如圖I所示。出口獲得的液滴平均直徑為320 μ m,液膜厚度為36 μ m。實施例4分散相氣體為二氧化碳和正丁醇蒸汽的混合氣，流量為40mL/min，氣相進料溫度為27°C ;連續相液體為20被％單乙醇胺水溶液(含有O. 05 wt% SDS)，流量為I. 5mL/min,由注射泵通入十字型微流控設備內，通道水力學直徑600 μ m,通道長度45cm。通過對稱垂直流剪切的方式以及氣液相間傳質過程形成中空液滴，如圖I所示。出口獲得的液滴平均直徑為130 μ m，液膜厚度為I μπι。實施例5分散相氣體為二氧化碳和2-戊酮蒸汽的混合氣，流量為40mL/min，氣相進料溫度為60°C ;連續相液體為O. 5M氫氧化鉀水溶液(含有O. 05 wt% SDS)，流量為400 μ L/min,由注射泵通入十字型微流控設備內，通道水力學直徑600μπι，通道長度15cm。通過對稱垂直流剪切的方式以及氣液相間傳質過程形成中空液滴，如圖I所示。出口獲得的液滴平均直徑為550 μ m,液膜厚度為17 μ m。實施例6分散相氣體為氨氣和正己烷蒸汽的混合氣，流量為40mL/min，氣相進料溫度為270C ;連續相液體為5wt%乙酸水溶液(含有O. 05 wt% SDS),流量為400 μ L/min,由注射 泵通入十字型微流控設備內，通道水力學直徑600 μ m，通道長度27cm。通過對稱垂直流剪切的方式以及氣液相間傳質過程形成中空液滴，如圖I所示。出口獲得的液滴平均直徑為770 μ m，液膜厚度為13 μ m。權利要求1.，其特征在于此方法為微流控技術與氣液傳質相結合的過程，包括以下步驟 (O以氣相為分散相，液相為連續相，將氣液兩相輸送入微流控設備內，分散相氣體在連續相液體的剪切作用下形成均勻穩定的單分散氣柱或氣泡；其中氣相進料溫度為2(T90°C，氣相與液相流量比為3 100，微流控設備的通道長度為10 200 cm ； 所述氣相為含有待吸收組分和接近飽和的液滴相蒸汽組分的混合氣體；其中待吸收組分為與連續相液體發生傳質作用的氣體組分，以保證通過傳質作用液膜相蒸汽組分的分壓顯著提高；液滴相蒸汽組分為液滴相液體在氣相進料溫度下揮發形成的氣體組分； 所述液相為不與液滴相互溶或發生作用的含吸收劑的溶液； (2)隨著單分散氣柱或氣泡在微流控設備中流動，氣相中待吸收組分不斷與液相發生傳質作用進而被連續相液體吸收，一方面氣柱或氣泡的分散尺寸減小形成均勻的微氣泡內核，另一方面氣相中液滴相蒸汽組分的分壓不斷增大直至超過操作條件下的飽和蒸汽壓，進而由氣相轉化為液相包覆在氣泡內核表面，形成中空液滴；中空液滴具有復合結構，為內層包裹氣泡表層為薄層液膜或者內層氣泡完全被吸收形成均一液滴。2.根據權利要求I所述的一種制備均勻中空液滴本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于微流控技術制備均勻中空液滴的方法，其特征在于：此方法為微流控技術與氣液傳質相結合的過程，包括以下步驟：（1）以氣相為分散相，液相為連續相，將氣液兩相輸送入微流控設備內，分散相氣體在連續相液體的剪切作用下形成均勻穩定的單分散氣柱或氣泡；其中氣相進料溫度為20~90℃，氣相與液相流量比為3~100，微流控設備的通道長度為10~200?cm；所述氣相為含有待吸收組分和接近飽和的液滴相蒸汽組分的混合氣體；其中待吸收組分為與連續相液體發生傳質作用的氣體組分，以保證通過傳質作用液膜相蒸汽組分的分壓顯著提高；液滴相蒸汽組分為液滴相液體在氣相進料溫度下揮發形成的氣體組分；所述液相為不與液滴相互溶或發生作用的含吸收劑的溶液；（2）隨著單分散氣柱或氣泡在微流控設備中流動，氣相中待吸收組分不斷與液相發生傳質作用進而被連續相液體吸收，一方面氣柱或氣泡的分散尺寸減小形成均勻的微氣泡內核，另一方面氣相中液滴相蒸汽組分的分壓不斷增大直至超過操作條件下的飽和蒸汽壓，進而由氣相轉化為液相包覆在氣泡內核表面，形成中空液滴；中空液滴具有復合結構，為內層包裹氣泡表層為薄層液膜或者內層氣泡完全被吸收形成均一液滴。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：駱廣生，楊路，王凱，呂陽成，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：