[发明专利]一种基于微流控技术制备均匀中空液滴的方法

说明书

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种基于微流控技术制备均匀中空液滴的方法。

技术背景

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。

发明内容

本发明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。

一种基于微流控技术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：

（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。

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。

本发明具有以下优点：本发明方法制备出的中空液滴平均直径为50~1000 μm，相对偏差<3%，液膜厚度为1~50μm，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1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100μm）。

具体实施方式

以下通过实例对本发明进行进一步说明。

实施例1

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℃；连续相液体为0.1M氢氧化钠水溶液（含有0.05 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600μm，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1所示，出口获得的液滴平均直径为50μm，液膜厚度为5μm，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℃；连续相液体为1M氢氧化钠水溶液（含有0.05 wt% SDS），流量为800μL/min，由注射泵通入T-型微流控设备内，通道水力学直径600μm，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1所示。出口获得的液滴平均直径为98μm，内层气泡消失。

实施例3