一种适用于高通量快速反应的电化学微通道反应器制造技术

本发明专利技术涉及微反应器领域，公开了一种适用于高通量快速反应的电化学微通道反应器，包括底座，反应芯片和盖板；反应芯片包括间隔堆叠的电极通道板和通道辅助板；通道辅助板上设有进口分配通槽、出口汇聚通槽；电极通道板上沉积有相向的正极、负极以及位于正极、负极之间且两端分别与进口分配通槽、出口汇聚通槽连通的微米级流体微通道。本发明专利技术通过电极结构优化，可减小电极间距，从而极大地提高反应速率，同时流体微通道路径较短，尤其适用于高通量且反应速度较快的反应。此外，本发明专利技术的电化学微通道反应器结构紧凑、设计合理，装配简单，并且通道辅助板和电极通道板数量可按通量需求调整，易放大，实用性强。实用性强。实用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于高通量快速反应的电化学微通道反应器


[0001]本专利技术涉及微反应器领域，尤其涉及一种适用于高通量快速反应的电化学微通道反应器。

技术介绍

[0002]有机电化学合成，是通过电化学来进行有机合成的技术，使用有机分子或催化媒质在电与溶液界面上从而进行传递电荷、电能与化学能相互转化实现键与键之间断裂和形成。其相对于传统的有机合成技术，具有能量效率高、不污染环境等特点。有机电化学合成工艺作为一种绿色有效的化学合成方法，逐渐被用于各种化合物的合成制备。
[0003]在有机电化学合成中，氧化还原反应是依赖于反应底物与电化学电池电极的相互作用来实现的。由于电子本质上是用于氧化还原过程的试剂，因此相较于普通化合反应，有机电化学合成反应更为绿色环保，无需在反应液中添加氧化或还原试剂（众所周知，加氧化或还原试剂普遍具有毒害性）；此外，有机电化学合成反应可以在较低温度下进行，因此反应条件较为温和，且反应过程不会产生多余的废物。
[0004]研究表明，在电化学反应中，当表面积/体积比高时，电子的转移驱动反应和转变可以得到极大的优化。具体地，在连续进行的电化学反应中，反应液在正负电极之间连续流过，通过调节反应液的流速可以改变其暴露于电子转移过程的时间量。因此，通过减少正负电极之间的距离，能够实现更为高效的电子传输，可显著提高了反应的选择性。
[0005]微通道反应器是一种可用于进行化学反应的三维结构元件，其通常含有小的通道尺寸和通道多样性，反应液在微小的通道中连续流动的同时可发生相应的化学反应。相较于传统的反应釜而言，由于微通道反应器与反应液的接触面积更大，因此它具有更好地传热和传质能力，因此反应效率也就更为高效。
[0006]综上微通道反应器的特点与电化学反应的要求非常契合，因此现有技术中也有不少利用微通道反应器来进行电化学反应的报道。例如：中国专利技术专利ZL202110223816.0中介绍了一种基于微流控技术的微型电化学反应器，在该微型电化学反应器中，阳极组件和阴极组件中分别形成有流道，该流道分别与引入流道、排出流道连通；阳极组件与阴极组件彼此面对时，流道相互重合且流道之间由质子交换膜隔离。
[0007]中国专利技术专利ZL202010037003.8中介绍了一种持续流动电化学微通道反应器，在该方案中，S型微流道板采用厚度为0.1
‑
0.5mm的PTFE或者FEP材质制成，正负电极的间距由间隔的S型微流道板的厚度决定。在上述介绍的两种电化学反应器中，正负电极的间距均是由正负电极之间间隔材料的厚度来决定的，基本上无法低于0.1mm，因此无法真正体现电化学在微通道尺度下的优势。而众所周知的是，反应器的装配难度和泄露风险与其尺寸成正比；另一方面，膜片具有弹性和易形变，当装配时受力不均匀或太大，很难控制正负电极的实际间距，并且同时也容易导致正负电极接触而短路。
[0008]此外，现有的有机电化学微通道反应器均是通用型的，没有根据不同反应特点的电化学反应来针对性地设计微通道结构。因此，对于一些反应速度较快且通量较高的电化
学反应，会存在适配性较差的问题。

技术实现思路

[0009]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种适用于高通量快速反应的电化学微通道反应器，本专利技术通过电极结构优化，可减小电极间距，可实现快速的自由基中间体转移，从而极大地提高反应速率，同时优化后的流体微通道路径较短，尤其适用于高通量且反应速度较快的反应。此外，本专利技术的电化学微通道反应器结构紧凑、设计合理，装配简单，并且内部通道辅助板和电极通道板数量可按通量需求调整，易放大，实用性强。
[0010]本专利技术的具体技术方案为：一种适用于高通量快速反应的电化学微通道反应器，包括：底座；设于底座中的反应芯片，包括间隔堆叠的电极通道板和通道辅助板；通道辅助板上设有进口分配通槽、出口汇聚通槽；电极通道板上沉积有相向的正极、负极以及位于正极、负极之间且两端分别与进口分配通槽、出口汇聚通槽连通的微米级流体微通道；覆盖于底座上方的盖板；盖板上设有分别与进口分配通槽、出口汇聚通槽连通的总进口、总出口以及贯穿电极通道板和通道辅助板的正极接口、负极接口。
[0011]具体地，所述电极通道板上正极和负极所在区域分别设有正极接口、负极接口以及分别与总进口、总出口连通的进口通孔、出口通孔；正极和负极的相向侧分别延伸出间隔排列的正极微齿状细条和负极微齿状细条，两种细条之间的空隙构成微米级流体微通道。
[0012]具体地，所述通道辅助板上还设有正极接口、负极接口，且总进口、进口分配通槽、进口通孔形成贯通；总出口、出口汇聚通槽、出口通孔形成贯通；通道辅助板底面位于进口分配通槽、出口汇聚通槽附近分别延伸有与流体微通道连通的进口分配辅助沟槽、出口汇聚辅助沟槽。
[0013]本专利技术的电化学微通道反应器的使用原理为：在正极接口和负极接口内分别插入铜导电条，并注入导电密封胶固定；铜导电条分别接直流电源正极和负极。反应液依次流经盖板的总进口、通道辅助板的进口分配通槽（为途径通道辅助板，非目标通道辅助板）、电极通道板的进口通孔后，最终先后通过目标通道辅助板的进口分配通槽、进口分配辅助沟槽流至各电极通道板的各条流体微通道的正极端，流经流体微通道到达负极端后，又依次顺着目标通道辅助板的出口汇聚辅助沟槽、出口汇聚通槽、电极通道板的出口通孔、通道辅助板的出口汇聚通槽（为途径通道辅助板，非目标通道辅助板）从盖板的总出口流出反应器。当该电化学微通道反应器工作时，需在正负极分别接上直接电源的正极和负极，调整电压至合适大小，此时反应液在正负电极组成的流体微通道中流过，即电极间通过反应液来进行电子转移，利用极小的电极间距，实现快速的自由基中间体转移，使流体的放电间隙足够小，从而极大地提高反应速率。同时优化后的流体微通道路径较短，尤其适用于高通量且反应速度较快的反应。此外，本专利技术的电化学微通道反应器结构紧凑、设计合理，装配简单，并且内部电极通道板数量可按通量需求调整，且易放大，实用性强。
[0014]作为优选，所述电极通道板上进口通孔和出口通孔的数量分别为多个且分别沿进口分配通槽、出口汇聚通槽的长度方向均匀排列。
[0015]作为优选，所述底座上表面设有用于容纳反应芯片的芯片腔。
[0016]作为优选，所述底座的芯片腔底部和反应芯片之间设有用于找平的下垫片。
[0017]作为优选，所述电极通道板和通道辅助板数量分别为1
‑
50片。
[0018]本专利技术中电极通道板和通道辅助板为可拆卸式。在装配反应器时，按通量要求调整数量。
[0019]作为优选，所述正极微齿状细条和负极微齿状细条的数量分别为10
‑
100条，宽度分别为20
‑
500微米。
[0020]正极微齿状细条和负极微齿状细条的数量可根据反应速率和通量调整。
[0021]作为优选，所述流体微通道的宽度为10
‑
500微米。
[0022]流体微通道的宽度可通过调节正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于高通量快速反应的电化学微通道反应器，其特征是：包括：底座；设于底座中的反应芯片，包括间隔堆叠的电极通道板和通道辅助板；通道辅助板上设有进口分配通槽、出口汇聚通槽；电极通道板上沉积有相向的正极、负极以及位于正极、负极之间且两端分别与进口分配通槽、出口汇聚通槽连通的微米级流体微通道；覆盖于底座上方的盖板；盖板上设有分别与进口分配通槽、出口汇聚通槽连通的总进口、总出口以及贯穿电极通道板和通道辅助板的正极接口、负极接口。2.根据权利要求1所述适用于高通量快速反应的电化学微通道反应器，其特征是：所述电极通道板上正极和负极所在区域分别设有正极接口、负极接口以及分别与总进口、总出口连通的进口通孔、出口通孔；正极和负极的相向侧分别延伸出间隔排列的正极微齿状细条和负极微齿状细条，两种细条之间的空隙构成微米级流体微通道；所述通道辅助板上还设有正极接口、负极接口，且总进口、进口分配通槽、进口通孔形成贯通；总出口、出口汇聚通槽、出口通孔形成贯通；通道辅助板底面位于进口分配通槽、出口汇聚通槽附近分别延伸有与流体微通道连通的进口分配辅助沟槽、出口汇聚辅助沟槽。3.根据权利要求2所述适用于高通量快速反应的电化学微通道反应器，其特征是：所述电极通道板上进口通孔和出口通孔的数量分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹益波，黄迪辉，马文超，张达，
申请(专利权)人：宁波玄流智造有限公司，
类型：发明
国别省市：