本实用新型专利技术属于双氧水制备技术领域,具体涉及一种合成双氧水的连续式多相芯片反应器，包括盖片和基片，基片上设有反应微通道、气液段塞通道和两段细通道。气液段塞通道一端呈Y型结构且其分支分别与两段细通道相连通，另一端与反应微通道相连通，细通道、气液段塞通道和反应微通道依次连接形成一个用于段塞并制备双氧水的通道。本申请将氢气、氧气和液体连续通入多相芯片反应器内，气体和液体在Y型结构汇合后形成段塞，气泡(气柱)与液塞交替出现，气体在催化剂表面发生反应，生成双氧水溶解在液体中并被带离催化剂直至出口，依此循环，可进行双氧水连续性生产。本反应器不以气体先溶解后反应为前提，可有效提高反应效率。可有效提高反应效率。可有效提高反应效率。
【技术实现步骤摘要】
一种合成双氧水的连续式多相芯片反应器
[0001]本技术属于双氧水制备
，具体涉及一种合成双氧水的连续式多相芯片反应器。
技术介绍
[0002]双氧水是过氧化氢的俗称，其主要用途包括：(1)利用其氧化性能广泛作漂白剂，如纸浆(特别是废纸的回收脱除油量)、纤维、油酯、竹、藤、草制品及羽毛皮革制品的漂白,效果好、白度高稳定性好；(2)用于制造无机过氧化物,如过硼酸钠、过碳酸钠、过氧过钙等，制造多种有机过氧化物的聚合引发剂和聚乙烯增塑剂。合成环氧植物油(大豆油、棉子油)、肼、环氧丙烷和巳内酰胺及多各种药物的原料或助剂；(3)用双氧水处理污水，可以除臭、杀菌消毒, 由于它本身处理后的产物为水,所以它是一种无二次污染的理想处理剂。随着我国及国际社会的国民经济的迅速发展, 对双氧水的需求量必将迅速增长。(《双氧水》，摘自《江西化工第四期》，许朝震) 目前，工业过氧化氢的合成方法主要是蒽醌循环氢化氧化法(简称蒽醌法)。蒽醌法对催化剂的选择以及加氢过程具有极苛刻的需求，需要投入大量的资金和人力物力，这对双氧水的产量具有决定性的意义。加氢过程是这一反应的核心，而催化剂是加氢过程的关键，随着双氧水行业的迅速发展，研制高活性、高选择性的蒽醌加氢催化剂成为行业具有挑战性的重大课题，已成为工业催化剂领域的研究热点之一。(《蒽醌法制双氧水加氢催化剂的研制及工业应用》，摘自《石油炼制与化工》，2021年6月第52卷第6期，陈拥军，黄庆忠等)
[0003]同时，蒽醌法生产过氧化氢的过程会对环境造成污染是不可避免的，包括污水与及尾气的排放。在蒽醌法生产过氧化氢排放的氧化尾气中，有毒有害气体主要为重芳烃。重芳烃C9、 C10是一种中等挥发强度的有毒有害物质，重芳烃急性中毒会刺激黏膜和中枢神经，慢性中毒会引起中枢神经障碍，皮肤出血性贫血，支气管炎、肺水肿等，严重时将会致人死亡。(《蒽醌法过氧化氢生产工艺中氧化尾气回收处理技术研究进展》，摘自《化学推进剂与高分子材料》，2021年第19卷第6期，黄娟娟，黄瑞等)
[0004]目前我国98％以上的过氧化氢使用蒽醌法生产装置生产，同时也因原料、产品和生产过程都具有很高的危险性而引发了许多火灾爆炸事故，造成了严重的后果。事故的发生几乎都与过氧化氢的快速分解密切相关，而纯净的过氧化氢在任何浓度下都较稳定，不易发生分解，其年分解率一般不超过1％。但如果受光、热作用，或与碱、重金属及其盐、灰尘等接触时，就会快速分解，同时生成氧气和释放大量的热，使装置内压力不断增大，最终导致反应失控，引发热爆炸。蒽醌法生产双氧水的整个工艺过程，无论是原料还是产物过氧化氢，又或是生产工艺的各个环节，都具有非常高的危险性。(《过氧化氢生产工艺危险性分析及防控措施研究》，摘自《石油化工安全环保技术》，2021年第37卷第4期，李志红)
[0005]除了蒽醌法等传统工业方法制备双氧水之外，利用传统反应器制备双氧水也是一种较为常见的选择，然而传统反应器由于集成化、自动化程度较低，且资源浪费严重，还存在选择性差、重现性差以及安全隐患等问题，在此背景下，微反应器应运而生，尤其是芯片
反应器，在最近的20年来得到了快速的发展和广泛的应用。然而现有技术中采用的芯片反应器制备双氧水的报导并不多，其常规方法是将氢气和氧气分别溶入水溶液中再与催化剂进行反应(如申请号为201922465024.5，专利名称为一种微流控线芯片，等)，此种芯片结构及制备双氧水的方法存在气体溶于水溶液的量较少，导致气体与催化剂反应量少以致制备所得的双氧水浓度较低，产量也不高。而本申请的连续式多相芯片反应器采用气液两相段塞流的方式制备双氧水，可利用氢气和氧气预混合后，形成混合气体再与微通道内连续注入的水溶液混合，通过调控气体和水溶液的流速，从而使气体和水溶液在反应前形成稳定的段塞流形式，既水溶液(或液塞)和气泡(或气柱)间隔出现，气泡通过流动扩散吸附到催化剂表面并发生反应，直接合成出双氧水，生成的双氧水溶于液塞并随着水溶液快速流出芯片反应器，在出口收集产物即可，也可以在出口处进一步对双氧水进行分离浓缩获得高浓度的双氧水。依此节奏循环连续反应，相比于常规的芯片反应器，本申请的气体预混合形成的气泡不以气体溶解为先决条件，即溶液的主要作用是带出反应生成的双氧水，这与常规反应的先溶解后反应有着明显区别，其结果是能够大大提高制备所得的双氧水浓度，在常温常压下合成出的双氧水的浓度可达1.8％甚至更高，远远超过了同类型的毛细管或滴流床反应器。这种利用段塞流形式设计出的多相反应器，可以大大提高反应的效率，具有明显的技术优势，而基于以段塞流的形式来合成双氧水的芯片反应装置或设备，目前鲜有报道，是一种极具前景的合成方法。
技术实现思路
[0006]本技术旨在解决上述技术问题，提供了一种合成双氧水的连续式多相芯片反应器，主要解决现有技术中制备所得的双氧水浓度较低且反应效率低下的技术问题。
[0007]为达到上述目的，本技术的技术方案为：一种合成双氧水的连续式多相芯片反应器，包括盖片和基片，所述盖片热压键合在所述基片上，所述基片上设有反应微通道、气液段塞通道和两段细通道，所述气液段塞通道的一端呈Y型结构，且分别与两段所述细通道相连通，所述气液段塞通道的另一端与所述反应微通道相连通。
[0008]所述基片上设有两个进气孔和进液孔，两个所述进气孔分别通过一段进气道与其中一段所述细通道相连通，所述进液孔设在另一段所述细通道上。
[0009]在上述技术方案中，进一步的，所述反应微通道和气液段塞通道的宽度均为0.8mm，深度均为0.9mm。
[0010]在上述技术方案中，进一步的，所述反应微通道的前端和后端分别设有导入孔和出液孔，且所述导入孔和出液孔的前方在所述反应微通道上均设有一个坝。
[0011]在上述技术方案中，进一步的，所述出液孔内镶嵌有石英棉。
[0012]在上述技术方案中，进一步的，所述坝的高度小于所述反应微通道的深度。
[0013]在上述技术方案中，进一步的，所述坝的宽度为0.8mm，高度为0.1mm。
[0014]在上述技术方案中，进一步的，所述细通道和进气道的宽度均为0.2mm，深度均为0.12mm。
[0015]在上述技术方案中，进一步的，所述反应微通道和气液段塞通道均呈波浪曲线结构设置。
[0016]在上述技术方案中，进一步的，所述盖片和基片由PMMA材质制成。
[0017]由于采用上述技术方案，本技术的有益效果为：
[0018]1、本技术提供了一种合成双氧水的连续式多相芯片反应器，结构简单且方便使用，相较于传统反应器存在集成化、自动化程度较低等存在的不足之处，本申请采用气液两相段塞流的方式制备双氧水，可利用氢气和氧气预混合后，形成混合气体再与微通道内连续注入的水溶液(或液塞)混合形成气泡(或气柱)，间断控制气泡(或气柱)的注入，从而使气泡(或气柱)和水溶液(或液塞)在反应前形成稳定的段塞流形式，既水溶液(或液塞)和气泡(或气柱)交替出现，气泡(或气柱)通过本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种合成双氧水的连续式多相芯片反应器，包括盖片(1)和基片(2)，所述盖片(1)热压键合在所述基片(2)上，所述基片(2)上设有反应微通道(21)，其特征在于，所述基片(2)设有气液段塞通道(22)和两段细通道(23)，所述气液段塞通道(22)的一端呈Y型结构，且分别与两段所述细通道(23)相连通，所述气液段塞通道(22)的另一端与所述反应微通道(21)相连通，所述基片(2)上设有两个进气孔(24)和进液孔(25)，两个所述进气孔(24)分别通过一段进气道(241)与其中一段所述细通道(23)相连通，所述进液孔(25)设在另一段所述细通道(23)上。2.如权利要求1所述的一种合成双氧水的连续式多相芯片反应器，其特征在于，所述反应微通道(21)和气液段塞通道(22)的宽度均为0.8mm，深度均为0.9mm。3.如权利要求2所述的一种合成双氧水的连续式多相芯片反应器，其特征在于，所述反应微通道(21)的前端和后端分别设有导入孔(211)和出液孔(212)，且所述导...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨再雍，赵双良，龚福忠，危增曦，周顺心，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：新型
国别省市：
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