化学转化方法技术

本发明专利技术涉及化学转化方法并且涉及用于将颗粒从反应混合物中除去的方法。本发明专利技术的化学转化方法包括通过以下过程对反应混合物进行等离子体激元加热，所述反应混合物包含至少一种组分和等离子体激元颗粒：将所述反应混合物暴露于包含被至少部分所述等离子体激元颗粒吸收的一个或更多个波长的光，由此控制一个或更多个化学反应的反应速率。更多个化学反应的反应速率。

【技术实现步骤摘要】
化学转化方法
[0001]本申请是针对申请号为201710996535.2、专利技术名称为“化学转化方法”的中国专利申请的分案申请，该申请是2017年10月23日提交的分案申请。本申请所针对的申请是申请号为201480035493.0、专利技术名称为“化学转化方法”的中国专利申请的分案申请，该母案申请是2014年5月21日提交的PCT国际申请PCT/NL2014/050323于2015年12月21日进入中国国家阶段的申请。


[0002]本专利技术涉及化学转化方法并且涉及用于从反应混合物中除去颗粒的方法。

技术介绍

[0003]在(体相)化学转化方法中，可以使用温度来控制和改变一个或更多个反应速率。例如，通常使用加热来增加反应速率。另一方面，在热不稳定催化剂例如酶的情况中，也可以使用加热来降低反应速率。因此，通常需要精确控制体相化学反应混合物的温度以控制一个或更多个反应速率。此外，通常施加高压以获得气相反应的足够的反应速率。
[0004]常规加热方法不允许对流体相的组分进行接近即时、快速和/或局部加热。例如，使用常规方式难以在75℃下将液体加热仅一秒。另外，使用常规方式难以进行化学选择性加热，即，难以将来自外部来源的热能提供给流体混合物的一种或更多种所选择的组分。例如，难以对液体中的酶进行选择性加热，从而致使其失活。
[0005]等离子体激元颗粒如贵金属纳米颗粒的大多数研究集中于其光学性质，特别是其增强的散射。这类颗粒的增强光吸收和相关加热被认为是等离子体激元应用中的(通常不需要的)副作用。只是最近，开始设法使用等离子体激元颗粒作为热源。通常应用于生物医学，例如用于光热癌症治疗和生物成像中。
[0006]Adleman等(Nano Letters 2009，9，4418
‑
4423)描述了使用金纳米颗粒的等离子体激元加热对微通道内的乙醇进行蒸汽重整。使在约20nm金纳米颗粒发生等离子体共振(532nm)的频率下或其附近的激光(50mW，10
±
2μm直径)聚焦在玻璃支持物上，随后将纳米颗粒中生成的热转移至周围流体，形成蒸气。蒸气相组分反应形成气泡，所述气泡被携带至40μm高的微流体玻璃/聚二甲基硅氧烷(PDMS)通道下游。颗粒附着于玻璃支持物。
[0007]Neumann等(ACSNano 2013，7，42
‑
49)描述了太阳能蒸气产生，其使用分散在液相中的吸收谱广的金属或碳纳米颗粒。他们报道了纳米颗粒的表面温度升高至高于液体沸点。在纳米颗粒周围形成的蒸气产生了由被蒸气壳包围的纳米颗粒构成的气泡。包含纳米颗粒的气泡移动至液体
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空气界面，在此释放出蒸汽。他们还描述了使用聚焦太阳光用Au纳米壳颗粒分散体(2.5
×
10
10
个颗粒/ml)来蒸馏乙醇
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水混合物(20m1)。在该文献中，颗粒与蒸发的化合物分离，而不是与液体组分分离。
[0008]Defries的US
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A
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2008/0 154 431描述了使用至少一种光
‑
物质相互作用的形式来产生能够引发化学反应的局部条件的方式。其提到了光与金属纳米颗粒的强相互作用。纳米颗粒的温度升高。其描述了这样的方法：结合金属纳米颗粒催化剂并使用光
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物质相互作
用来控制局部热条件，从而控制包括聚合在内的催化化学反应。

技术实现思路

[0009]本专利技术的一个目的是提供对一种或更多种化学反应的反应速率具有改善的控制的化学转化方法。出人意料地是，已经发现该目的可以至少部分地通过使用等离子体激元加热进行这种化学转化方法来满足。
[0010]在第一个方面中，本专利技术涉及化学转化方法，其包括通过以下过程对反应混合物进行等离子体激元加热，所述反应混合物包含至少一种组分和等离子体激元颗粒：将所述反应混合物暴露于包含被至少部分等离子体激元颗粒吸收的一种或更多种波长的光。以这种方式，可以控制一种或更多种化学反应的反应速率。
[0011]由光与纳米结构金属之间的强相互作用造成的表面等离子体共振效应允许开发新一代的加工技术和光子器件。表面等离子体共振效应可通过吸收在表面等离子体共振频率下或接近其的频率下的电磁能来引发。可利用这种现象来为在当前加工条件下热力学不利的化学合成和反应打开新的路径。例如其中金属纳米颗粒提供催化位点的反应是利用表面等离子体激元激发的优异候选者。得益于通过表面等离子体激元的局部加热的合成路线或化学反应被称为经等离子体激元增强。化学反应也可以通过能够局部控制温度并能够快速加热和冷却的能力来实现等离子体激元增强。通过使用等离子体激元激发产生局部热使得能够在低温环境中激发反应。因此，局部热的产生将引起材料的经加热体积附近的局部温度增加而不加热全部反应器物质或周围环境。在一些情况下，可以引发与金属纳米颗粒相关的量子效应，从而引起另外的独特表现并增加这种颗粒的反应性。
[0012]本申请中所使用的短语“控制反应速率”意指包括调节反应速率(增加和/或减小)和维持恒定反应速率两者。因此，控制反应速率并不一定需要改变反应速率。
[0013]本申请中所使用的短语“将反应混合物暴露于光”意指包括用光辐照反应混合物和照射反应混合物二者。所述光通常可以具有约0.3eV至约3.5eV的光子能并因此可以包括紫外光(UV)、可见光、近红外光(NIR)和红外光(IR)。所述光优选为连续的(CW)，或者也可以使用脉冲光源。所述光可以是聚焦的(例如，激光束)，也可以将反应混合物均匀地暴露于例如环境光、太阳光、发光二极管(LED)光。在一个实施方案中，照射反应混合物的基本全部的反应体积，特别是在分批化学转化方法的情况下。反应混合物所暴露于的光可为单色光，但是也可跨经光谱的特定范围。
[0014]本申请中所使用的术语“纳米颗粒”意指至少一个尺寸为约1nm至约1000nm，例如约1nm至约500nm、约2nm至约300nm或约5nm至约200nm的颗粒。这些尺寸可以使用激光衍射以体积中值(Dv50)来衡量，所述尺寸至少大于10nm。对于较小的颗粒而言，可以使用透射电子显微镜(TEM)按数均等效球体直径计。这包括直径(或者至少两个尺寸或三个尺寸)在这些范围中的球形或近球形(立方形、锥形)颗粒。在球形颗粒的情况下，所述一个尺寸优选为颗粒直径。对于非球形颗粒而言，所述一个尺寸可以例如为等效球体直径，其被定义为相等体积的球体的直径。术语“纳米颗粒”还意指包括棒状纳米颗粒，也称为纳米棒。这种纳米棒的长径比(最长尺寸除以最短尺寸)通常在2至40的范围内，更通常在2至20的范围内，例如在3至10的范围内。通常地，棒状纳米颗粒的各尺寸都在约1nm至约1000nm的范围内。
[0015]本申请中所使用的术语“金属表面纳米颗粒”意指包括表面的纳米颗粒，所述表面
包含至少一种金属。优选地，将纳米颗粒的表面暴露于反应混合物(例如，与反应混合物直接接触)。术语金属表面纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种化学转化方法，包括通过以下过程对反应混合物进行等离子体激元加热，所述反应混合物包含至少一种组分和等离子体激元颗粒：将所述反应混合物暴露于包含被至少部分所述等离子体激元颗粒吸收的一个或更多个波长的光，由此控制一个或更多个化学反应的反应速率。2.根据权利要求1所述的化学转化方法，其中所述方法为体相方法并且其中控制一个或更多个化学反应的反应速率包括在一个反应器中以通过等离子体激元加热确定的顺序进行多个至少部分连续的化学反应。3.根据权利要求1或2所述的化学转化方法，其中使至少部分所述等离子体激元颗粒的温度升高至100℃至500℃。4.根据权利要求1至3中任一项所述的化学转化方法，其中按所述反应混合物的重量计，所述混合物包含0.1重量％或更多的等离子体激元颗粒。5.根据权利要求1至4中任一项所述的化学转化方法，其中所述反应混合物的等离子体激元颗粒与液相之间的温差为至少20℃。6.根据权利要求1至5中任一项所述的化学转化方法，其中所述光是空间非相干光。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述等离子体激元颗粒包含选自以下的一种或更多种：(i)金属纳米颗粒，其包含选自Ag、Al、Au、Cu、Ni、Co、Pd、Pt、Rh中的一种或更多种金属，(ii)核
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壳纳米颗粒，其包括含有介电材料的核和含有选自Ag、A...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕斯卡尔，
申请(专利权)人：荷兰应用自然科学研究组织TNO，
类型：发明
国别省市：