在有機(jī)合成、材料制備、環(huán)境治理等領(lǐng)域,傳統(tǒng)間歇式光化學(xué)反應(yīng)器存在傳質(zhì)效率低、光利用率不足、反應(yīng)可控性差等痛點(diǎn),難以滿足工業(yè)化生產(chǎn)需求。
連續(xù)光化學(xué)板式反應(yīng)器憑借“薄層流場(chǎng)+高效光輻射”的核心設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了光催化反應(yīng)的連續(xù)化、高效化與精準(zhǔn)化,成為推動(dòng)光化學(xué)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵裝備。?
連續(xù)光化學(xué)板式反應(yīng)器的工作原理基于“微通道流場(chǎng)設(shè)計(jì)+定向光輻射”的協(xié)同作用,核心是通過(guò)板式微通道結(jié)構(gòu)強(qiáng)化傳質(zhì)與光吸收。其主體結(jié)構(gòu)由反應(yīng)模塊、光源模塊、溫控模塊及流體輸送系統(tǒng)組成:反應(yīng)模塊為多層疊合的板式微通道,通道深度通常為0.1-2mm,寬度5-20mm,物料以薄層流態(tài)在通道內(nèi)流動(dòng),極大縮短傳質(zhì)距離;光源模塊采用LED陣列、紫外燈管等,緊密貼合反應(yīng)板外側(cè),通過(guò)光學(xué)設(shè)計(jì)使光線均勻輻射至反應(yīng)通道,光利用率可達(dá)80%以上,遠(yuǎn)超傳統(tǒng)釜式反應(yīng)器的30%-50%;溫控模塊通過(guò)反應(yīng)板內(nèi)置的換熱流道通入恒溫介質(zhì),精準(zhǔn)控制反應(yīng)溫度;流體輸送系統(tǒng)采用高精度計(jì)量泵,確保物料按比例穩(wěn)定輸送,實(shí)現(xiàn)連續(xù)反應(yīng)。?

相較于間歇式光化學(xué)反應(yīng)器,連續(xù)光化學(xué)板式反應(yīng)器的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在“高效性”“可控性”與“安全性”三大維度。其一,反應(yīng)效率高,薄層流場(chǎng)與高效光輻射顯著提升反應(yīng)速率,多數(shù)光催化反應(yīng)時(shí)間從間歇式的數(shù)小時(shí)縮短至數(shù)分鐘,生產(chǎn)效率提升10-20倍;其二,過(guò)程可控性強(qiáng),通過(guò)調(diào)節(jié)物料流速、光源功率、溫度等參數(shù),可精準(zhǔn)調(diào)控反應(yīng)進(jìn)程,產(chǎn)物選擇性提升5%-15%,減少副產(chǎn)物生成;其三,安全系數(shù)高,微通道內(nèi)持液量少,即使發(fā)生放熱反應(yīng)或光解副反應(yīng),風(fēng)險(xiǎn)也能得到有效控制,尤其適合處理易燃易爆的光化學(xué)反應(yīng)體系。?
在實(shí)際應(yīng)用中,連續(xù)光化學(xué)板式反應(yīng)器的價(jià)值廣泛覆蓋多領(lǐng)域。有機(jī)合成領(lǐng)域,用于光催化氧化、還原、環(huán)加成等反應(yīng),如合成藥物中間體、精細(xì)化學(xué)品,大幅縮短反應(yīng)周期;材料科學(xué)領(lǐng)域,通過(guò)連續(xù)光聚合反應(yīng)制備納米顆粒、高分子薄膜,精準(zhǔn)控制材料的粒徑與結(jié)構(gòu);環(huán)境治理方面,利用光催化降解水中的有機(jī)污染物,反應(yīng)效率高且無(wú)二次污染;此外,在新能源領(lǐng)域,可用于光催化制氫、二氧化碳還原等反應(yīng)的研究與中試,助力清潔能源開(kāi)發(fā)。?