一种基于微流控技术制备均匀中空液滴的方法技术

本发明专利技术公开了属于化工技术领域的一种基于微流控技术制备均匀中空液滴的方法。该方法为微流控技术与气液传质过程的结合，将含有待吸收组分气体与液滴相蒸汽的混合气通入微设备内，在连续相流体的剪切作用下形成气液微分散过程。同时气相中待传质组分不断被连续相液体吸收，导致液滴相蒸汽组分的分压增大直至超过操作条件下的饱和蒸汽压，进而由气相转化为液相包覆在气泡表面，形成中空液滴。制备出的中空液滴平均直径为50~1000μm，相对偏差<3%，液膜厚度为1~50μm。该方法简便可靠，在结构简单的微设备内即可实现大规模制备，且液滴尺寸和液膜厚度便于调控，单分散性良好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化工
，具体涉及。
技术介绍
中空液滴以其特殊的组成与结构，在化学、化工、材料、生物、医药等领域具有广泛的应用前景，例如用于制造轻质填充材料、光电显示器材、化学催化材料、药物递送载体等高新技术产品。具有此种中空结构的液滴制备难点在于液滴的单分散性，以及尺寸和液膜厚度的控制与调控。 近年来在化学化工领域发展起来的微流控技术为实现单分散液滴或多重结构液滴的制备提供了有效的方法。目前有少数研究者已利用微流控设备制备出了内层包裹气泡的中空液滴，但采用的方法大多存在以下不足气液体系采取多级或多层分散，对微流控设备的结构设计和制造要求偏高；内层气相所受外相连续相剪切力较弱，形成的液滴尺寸偏大；为了使得分散形成的多重结构流型稳定，需要对气液体系采取进一步的筛选，操作和适用范围有限。针对以上存在的问题，设备结构简单且具有普遍适用性的大规模制备方法成为中空液滴制备及应用方面的迫切需求。在微流控技术的基础上结合气液相间传质及相转化等物理化学过程，为中空液滴等复杂气液分散流型的制备提供了新的方法和手段。
技术实现思路
本专利技术公开了一种基于微流控技术大规模制备均匀中空液滴的方法。，此方法为微流控技术与气液传质相结合的过程，包括以下步骤(I)以气相为分散相,液相为连续相,将气液两相输送入微流控设备内，分散相气体在连续相液体的剪切作用下形成均匀稳定的单分散气柱或气泡；其中气相进料温度为2(T90°C，气相与液相流量比为3 100，微流控设备的通道长度为10 200 cm；所述气相为含有待吸收组分和接近饱和的液滴相蒸汽组分的混合气体；其中待吸收组分为与连续相液体发生传质作用的气体组分，以保证通过传质作用液膜相蒸汽组分的分压显著提高；液滴相蒸汽组分为液滴相液体在气相进料温度下挥发形成的气体组分；所述液相为不与液滴相互溶或发生作用的含吸收剂的溶液；(2)随着单分散气柱或气泡在微流控设备中流动，气相中待吸收组分不断与液相发生传质作用进而被连续相液体吸收，一方面气柱或气泡的分散尺寸减小形成均匀的微气泡内核，另一方面气相中液滴相蒸汽组分的分压不断增大直至超过操作条件下的饱和蒸汽压，进而由气相转化为液相包覆在气泡内核表面，形成中空液滴；中空液滴具有复合结构，为内层包裹气泡表层为薄层液膜或者内层气泡完全被吸收形成均一液滴。所述待吸收组分为二氧化碳或氨气。所述液滴相液体为在气相进料温度范围内饱和蒸汽压为5 100 kPa的烷烃类、酮类、醇类或酯类。所述吸收剂为氢氧化钠、氢氧化钾、单乙醇胺、二乙醇胺或乙酸。本专利技术具有以下优点本专利技术方法制备出的中空液滴平均直径为5(Γ1000 μπι，相对偏差〈3%，液膜厚度为f 50 μ m,形成的中空液滴单分散性良好，尺寸和液膜厚度便于调控；采用的方法简便可靠，在结构简单的常规微设备内即可实现大规模制备；体系适用范围以及操作范围较宽，具有普遍适用性。附图说明图I为微通道内中空液滴形成过程示意图。图2为形成的中空液滴(标尺ΙΟΟμπι)。·具体实施例方式以下通过实例对本专利技术进行进一步说明。实施例I分散相气体为二氧化碳和正戊烷蒸汽的混合气，流量为40mL/min，气相进料温度为27°C ;连续相液体为O. IM氢氧化钠水溶液(含有O. 05 wt% SDS)，流量为2mL/min，由注射泵通入十字型微流控设备内，通道水力学直径600 μ m,通道长度27cm。通过对称垂直流剪切的方式以及气液相间传质过程形成中空液滴，如图I所示，出口获得的液滴平均直径为50 μ m，液膜厚度为5μηι，如图2所示。实施例2分散相气体为二氧化碳和正己烷蒸汽的混合气，流量为40mL/min，气相进料温度为40°C ;连续相液体为IM氢氧化钠水溶液(含有O. 05 wt% SDS)，流量为800μ L/min，由注射泵通入T-型微流控设备内，通道水力学直径600 μ m,通道长度63cm。通过错流剪切的方式以及气液相间传质过程形成微液滴，如图I所示。出口获得的液滴平均直径为98 μ m，内层气泡消失。实施例3分散相气体为二氧化碳和正辛烷蒸汽的混合气，流量为70mL/min，气相进料温度为80°C ;连续相液体为O. 5M氢氧化钠水溶液(含有O. 05 wt% SDS)，流量为lmL/min，由注射泵通入同轴环管型微流控设备内，通道水力学直径600 μ m,通道长度45cm。通过并流剪切的方式以及气液相间传质过程形成中空液滴，如图I所示。出口获得的液滴平均直径为320 μ m,液膜厚度为36 μ m。实施例4分散相气体为二氧化碳和正丁醇蒸汽的混合气，流量为40mL/min，气相进料温度为27°C ;连续相液体为20被％单乙醇胺水溶液(含有O. 05 wt% SDS)，流量为I. 5mL/min,由注射泵通入十字型微流控设备内，通道水力学直径600 μ m,通道长度45cm。通过对称垂直流剪切的方式以及气液相间传质过程形成中空液滴，如图I所示。出口获得的液滴平均直径为130 μ m，液膜厚度为I μπι。实施例5分散相气体为二氧化碳和2-戊酮蒸汽的混合气，流量为40mL/min，气相进料温度为60°C ;连续相液体为O. 5M氢氧化钾水溶液(含有O. 05 wt% SDS)，流量为400 μ L/min,由注射泵通入十字型微流控设备内，通道水力学直径600μπι，通道长度15cm。通过对称垂直流剪切的方式以及气液相间传质过程形成中空液滴，如图I所示。出口获得的液滴平均直径为550 μ m,液膜厚度为17 μ m。实施例6分散相气体为氨气和正己烷蒸汽的混合气，流量为40mL/min，气相进料温度为270C ;连续相液体为5wt%乙酸水溶液(含有O. 05 wt% SDS),流量为400 μ L/min,由注射 泵通入十字型微流控设备内，通道水力学直径600 μ m，通道长度27cm。通过对称垂直流剪切的方式以及气液相间传质过程形成中空液滴，如图I所示。出口获得的液滴平均直径为770 μ m，液膜厚度为13 μ m。权利要求1.，其特征在于此方法为微流控技术与气液传质相结合的过程，包括以下步骤 (O以气相为分散相，液相为连续相，将气液两相输送入微流控设备内，分散相气体在连续相液体的剪切作用下形成均匀稳定的单分散气柱或气泡；其中气相进料温度为2(T90°C，气相与液相流量比为3 100，微流控设备的通道长度为10 200 cm ； 所述气相为含有待吸收组分和接近饱和的液滴相蒸汽组分的混合气体；其中待吸收组分为与连续相液体发生传质作用的气体组分，以保证通过传质作用液膜相蒸汽组分的分压显著提高；液滴相蒸汽组分为液滴相液体在气相进料温度下挥发形成的气体组分； 所述液相为不与液滴相互溶或发生作用的含吸收剂的溶液； (2)随着单分散气柱或气泡在微流控设备中流动，气相中待吸收组分不断与液相发生传质作用进而被连续相液体吸收，一方面气柱或气泡的分散尺寸减小形成均匀的微气泡内核，另一方面气相中液滴相蒸汽组分的分压不断增大直至超过操作条件下的饱和蒸汽压，进而由气相转化为液相包覆在气泡内核表面，形成中空液滴；中空液滴具有复合结构，为内层包裹气泡表层为薄层液膜或者内层气泡完全被吸收形成均一液滴。2.根据权利要求I所述的一种制备均匀中空液滴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微流控技术制备均匀中空液滴的方法，其特征在于：此方法为微流控技术与气液传质相结合的过程，包括以下步骤：（1）以气相为分散相，液相为连续相，将气液两相输送入微流控设备内，分散相气体在连续相液体的剪切作用下形成均匀稳定的单分散气柱或气泡；其中气相进料温度为20~90℃，气相与液相流量比为3~100，微流控设备的通道长度为10~200?cm；所述气相为含有待吸收组分和接近饱和的液滴相蒸汽组分的混合气体；其中待吸收组分为与连续相液体发生传质作用的气体组分，以保证通过传质作用液膜相蒸汽组分的分压显著提高；液滴相蒸汽组分为液滴相液体在气相进料温度下挥发形成的气体组分；所述液相为不与液滴相互溶或发生作用的含吸收剂的溶液；（2）随着单分散气柱或气泡在微流控设备中流动，气相中待吸收组分不断与液相发生传质作用进而被连续相液体吸收，一方面气柱或气泡的分散尺寸减小形成均匀的微气泡内核，另一方面气相中液滴相蒸汽组分的分压不断增大直至超过操作条件下的饱和蒸汽压，进而由气相转化为液相包覆在气泡内核表面，形成中空液滴；中空液滴具有复合结构，为内层包裹气泡表层为薄层液膜或者内层气泡完全被吸收形成均一液滴。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：骆广生，杨路，王凯，吕阳成，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：