液滴微流控的集成化放大方法研究进展

相比于传统乳化方法,液滴微流控技术可以在微通道内可控制备单分散液滴模板用于合成各种功能微球,被广泛应用于生物、医疗、制药、环境等领域。由于单个液滴制备微流控单元的产量低,液滴微流控的集成化放大成为了液滴微流控技术面向工业应用的技术难点。本文综述了近年来液滴微流控集成化放大方法的研究进展,重点介绍了不同类型液滴制备微流控单元集成化放大的研究进展,包括基于剪切力形成液滴、基于界面张力形成液滴和基于被动分裂形成液滴的液滴制备微流控单元的集成化放大方法。     

聚(双环戊二烯-co-环辛二烯)微流控芯片的制备

本文报道了聚(双环戊二烯-co-环辛二烯)微流控芯片的制备方法。引入环辛二烯作为共聚单体,与双环戊二烯通过开环易位聚合制备得到弹性共聚物。当环戊二烯与环辛烯的质量比是1 : 1时,制得共聚物的力学性能接近于聚二甲基硅氧烷(PDMS),弹性共聚物具有较高的微尺寸结构成型精度。利用聚双环戊二烯半固化凝胶的反应特性,实现共聚物与聚双环戊二烯基底之间的稳定键合。共聚物微流控芯片可以通过类似于PDMS的连接方式,实现简单、高效的密封连接。利用共聚物微流控芯片制得单分散的微液滴,控制连续相的流速即可实现微液滴尺寸的调变。关键词：聚双环戊二烯共聚物；环辛烯；弹性体；微流控芯片；单分散液滴；中图分类号：TQ630 文献标识码： A 文章编号：1003-5214 (2020) 01-0000-00     

微流控技术可控制备异形微颗粒功能材料的研究进展

异形功能性微颗粒由于具有独特的散射、流变和凝结等特性,被广泛应用于工业和临床医学等领域。微流控技术作为一种新兴的微流体操控技术,能够连续可控地制备尺寸均一、结构和功能多样化的微尺度材料。近年来,利用微流控技术制备异形功能微颗粒成为研究热点。主要综述了利用微流控技术制备多面体结构、棒条状、子弹形、多腔室结构、孔-壳形和螺旋形微颗粒功能材料的研究新进展,重点介绍了基于微流控通道的尺寸和形状的限制作用、基于微流控构建层流模板的可控光刻蚀、基于表面活性剂的种类或含量辅助诱导多重乳液反浸润过程和对利用微流控技术制备的单分散液滴进行二次操作制备异形微颗粒功能材料等方面的研究现状。     

微流控技术可控制备异形微颗粒功能材料的研究进展

异形功能性微颗粒由于具有独特的散射、流变和凝结等特性,被广泛应用于工业和临床医学等领域。微流控技术作为一种新兴的微流体操控技术,能够连续可控地制备尺寸均一、结构和功能多样化的微尺度材料。近年来,利用微流控技术制备异形功能微颗粒成为研究热点。主要综述了利用微流控技术制备多面体结构、棒条状、子弹形、多腔室结构、孔-壳形和螺旋形微颗粒功能材料的研究新进展,重点介绍了基于微流控通道的尺寸和形状的限制作用、基于微流控构建层流模板的可控光刻蚀、基于表面活性剂的种类或含量辅助诱导多重乳液反浸润过程和对利用微流控技术制备的单分散液滴进行二次操作制备异形微颗粒功能材料等方面的研究现状。     

微流控法制备PLGA微球及其性能研究

利用自行设计和制造的微流控两相和三相装置实现对聚乳酸-羟基乙酸共聚物[poly(lactic-co-glycolic acid),PLGA]微球的可控制备,并对其性能进行研究,调控微流控操作参数,制备PLGA微球,并以传统乳化/溶剂挥发法作对照同时制备PLGA微球,对所得微球的形貌及粒径进行分析。结果表明,乳化/溶剂挥发法得到的微球分散性差,大小不均一,离散系数(coefficient of variation,CV)为44.13%,而微流控法得到的微球分散性极好,大小均一,且CV仅为2.73%(两相)和1.93%(三相),说明微流控法能够制备单分散性很高的PLGA微球,有着乳化/溶剂挥发法无法比拟的优势。     

同轴环管微流控设备内液-液两相黏性流体的流动规律

进行了同轴环管微流控设备内黏性聚合物溶液的流动行为研究。研究发现通过调节两相流体黏度与流量,可以得到滴流和射流两种稳定流型,并且可以进一步实现液滴尺寸的调控。同时,还分别针对不同流型建立了数学模型用于液滴尺寸预测。所得结果可以用做利用微流控技术制备聚合物微球的理论指导。     

聚乳酸-羟基乙酸共聚物微球载药性能的研究

利用三相微流控技术制备聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)微球,并探索微球对水溶性药物的载药量和包封率的影响。结果表明,三相微流控技术制备的PLGA微球大小均一,平均粒径约为49μm。随着内水相模型药物浓度的增加,在保持微球形貌和尺寸均一的前提下,载药量能增加到10. 91%,而药物的包封率仍然维持在96%以上。在PLGA油相中加入油溶性药物,不影响PLGA微球对水溶性药物的载药量和包封率,说明PLGA微球具有优异的载药性能。     

单分散高分子微球应用与制备

单分散聚合物微球是泛指粒子外观,如形态尺寸都均匀一致的聚合物微球。因此,它又被称为均一尺寸的聚合物微球。本文对单分散聚合物微球的应用领域及制备方法进行了论述。     

液滴流微反应器的基础研究及其应用

综述了近些年来快速发展的液滴微流控技术, 回顾了微流控系统中液滴的基本行为, 如液滴的生成、运动、聚并和分裂等研究进展, 重点探讨微液滴作为反应器其内部的流动、传质和反应过程, 以及液滴流微反应器已有的和潜在的重要应用价值。通过精确调控液滴在微尺度上的行为(产生、聚并与分裂、内部的混合与反应等), 使单个液滴成为新型受限空间内的微型间歇反应器, 而微通道内的液滴流进而形成了若干间歇反应器构成的连续流反应器新型式。除了微流控技术普遍具有的微小尺寸效应带来传质传热强化、易于放大等优势外, 液滴流微反应器还具有诸如避免试剂交叉污染、液滴内部可控混合、易于独立调控、便于高通量筛选或者制备等独特特点, 使得其在功能材料制备、化学合成以及生物化工方面有着广泛的应用。     

双重乳液的微流控制备进展

双重乳液是一种离散相液滴中还包裹着更小的液滴的高度结构化流体,单分散的在食品、化工、医疗等领域有着广泛的应用。微流控技术作为一门研究微尺度流体的新兴技术,已经成为制备优质双重乳液的首选。本文对被动式微流控技术进行了系统地综述,介绍了协流式、交叉流式、流动聚焦式微通道的结构及其乳化机理,展望了该项技术在微液滴制备方面的发展前景。在学科交叉应用的背景下,通过对微流控装置的改进与升级,可以克服常见微流控方法出现的双乳液生产效率低,不具备超薄壁结构等问题。此外,本文还讨论了微流控技术背景下双重乳液流型演化研究的进展,提出可以通过单乳液的研究基础,联系和发展双重乳液流型演化的完备理论体系。     

负载型Pt-Fe/SiO_2催化剂催化环己烷一步氧化制己二酸

己二酸是合成尼龙-66和尼龙-46纤维的重要原料,并进一步用于生产许多重要的化工产品。工业上的己二酸多采用以硝酸为氧化剂的两步法合成,该工艺不仅工艺复杂,而且对设备有腐蚀作用,还会释放大量的温室气体N_2O。本文以负载型Pt/SiO_2、Fe/SiO_2和Pt-Fe/SiO_2为催化剂,采用过氧化氢和氧气为氧源,研究了环己烷一步氧化制己二酸的绿色合成路线。对催化剂进行ICP、BET比表面积、XRD、TEM等表征,结果表明,Pt-Fe/SiO_2催化剂中不存在与Pt或Fe对应的衍射峰。在最佳反应条件下,用高压釜进行了催化剂性能评价,结果表明,Pt-Fe/SiO_2催化活性略优于Pt/SiO_2和Fe/SiO_2。在环己烷转化率为28%的情况下,己二酸选择性达到33%。     

XPS analysis of the oxidation of palladium model catalysts

The oxidation of 5 and 8 nm palladium particles supported on SiO₂/Si(1 0 0) has been studied with XPS. During oxidation the thickness of the oxide layer increases linearly with time. The lattice rearrangement needed for the formation of a new oxide layer at the metal–oxide interface is probably the rate-determining step. There were no significant differences between the oxidation of the 5 and 8 nm particles. The rate of the oxidation is strongly temperature-dependent. The activation energy for the oxidation is at least 100 kJ/mol. For comparison the oxidation and reduction of a 8 wt% Pd/SiO₂ catalysts was studied. The results indicated that oxidation and reduction of the Pd/SiO₂ catalyst proceeds in a similar way as on the Pd/SiO₂/Si(1 0 0) model catalysts.     

结合剂对铝镁质喷补料性能的影响

以板状刚玉、电熔镁砂、α-Al2O3微粉和SiO2微粉为主要原料,以铝酸钙水泥、SiO2溶胶、Al2O3溶胶为结合剂制备了铝镁质喷补料,研究了结合剂种类对该喷补料性能的影响.结果表明:1)SiO2溶胶结合铝镁质喷补料的烘后强度较高,并在高温下生成镁橄榄石,降低了喷补料的显气孔率.加入4％(w)SiO2溶胶时,试样热震后...     

磁性Fe3O4@SiO2@介孔SiO2空心微球的制备及漆酶固定化

磁性介孔二氧化硅复合材料作为酶固定化载体具有优异的酶固定化性能和良好的磁分离性能,受到国内外学术界广泛关注。本文在自制的β-FeOOH空心微球表面上包覆致密的SiO₂保护层,在酸性条件下以P123为模板剂,十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为辅助导向剂成功制备出了磁性β-FeOOH@SiO₂@介孔SiO₂空心复合微球,最后在还原气氛下煅烧得到Fe₃O₄@SiO₂@介孔SiO₂空心微球。结果表明,所制备的Fe₃O₄@SiO₂@介孔SiO₂微球空心结构未坍塌,具有规整的球形结构,介孔SiO₂壳层（平均厚度约为11nm）均匀地包覆在β-FeOOH@SiO₂中空微球表面。伴随着CTAB量的增加,微球的最可几孔径由4.30nm减小到3.19nm,比表面积从376m²/g升高到640m²/g,孔容从0.36cm³/g升高到0.56cm³/g。复合微球的饱和磁化强度为11.3emu/g,矫顽力为111.5Oe,外加磁场作用下可以实现样品的快速分离,且样品的再分散性良好。当介孔孔径为4.30nm时,Fe₃O₄@SiO₂@介孔SiO₂空心复合微球漆酶固定量高达234mg/g。固定化漆酶在不同pH、温度下的活性显著优于游离酶。     

涂层组分对堇青石脱硝催化剂性能的影响

为了探究涂层组分对整体式低温选择性催化还原（SCR）脱硝催化剂性能的影响，本文使用锰氧化物（MnO _x ）、氧化物涂层（TiO₂、SiO₂及Al₂O₃）、堇青石（CC）基体制备整体式涂层催化剂，考察催化剂牢固度以及脱硝活性。结果表明：在200℃ 时，对于MnO _x /Al₂O₃/CC催化剂，MnO _x 负载率为6%（质量分数）时脱硝效率最高为95%；对于MnO _x /TiO₂/CC，负载率为6%~12%时脱硝效率相差不大，为75%左右；对于MnO _x /SiO₂/CC，负载率12%时脱硝效率80%。样品牢固度排列顺序如下：MnO _x /Al₂O₃/CC > MnO _x /SiO₂/CC > MnO _x / TiO₂ /CC。通过BET、SEM、TG、Raman、H₂-TPR等测试与分析方法发现：影响催化剂性能的因素主要为活性组分MnO _x 状态以及载体性能的差异。Al₂O₃涂层比表面积适中，作为载体活性好；SiO₂涂层虽然比表面积大、牢固度好，但作为载体活性差；TiO₂作为涂层比表面积较小，溶胶中溶剂挥发快使得涂层表面不均匀。     

低硅铝比纳米团聚体ZSM-5的合成工艺研究

纳米团聚体ZSM-5因具有较高的活性及水热稳定性而被广泛用于催化剂的制备。以水玻璃为硅源、硫酸铝为铝源、正丁胺为模板剂,合成低硅铝比纳米团聚体ZSM-5分子筛。考察了钠硅比、陈化时间、晶种添加量等因素对合成分子筛形貌和晶粒尺寸的影响。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、氮气物理吸附、透射电镜（TEM）和X射线荧光光谱仪（XRF）等手段对样品进行了物性分析。结果表明：钠硅比（氧化钠与二氧化硅物质的量比）大于0.11可以合成出结晶度较好的ZSM-5分子筛,当钠硅比大于0.13时ZSM-5晶粒增大;延长陈化时间有助于降低分子筛的晶粒尺寸,提高晶粒尺寸的均一度,陈化12 h时晶体的平均尺寸约为160 nm;晶种添加量为3%~4%（按总二氧化硅质量计算）时,对样品晶粒尺寸及均匀度的影响较小。     

激发剂内部参数对碱激发注浆材料性能的影响

采用硅酸钠和氢氧化钠制备碱激发剂,研究了激发剂中SiO₂物质的量浓度和模数对碱激发矿渣注浆材料性能的影响规律。结果表明:碱激发注浆材料流动性主要受激发剂中SiO₂物质的量浓度控制,模数对浆体流动性的影响只有在SiO₂物质的量浓度较高时才有体现;激发剂中SiO₂物质的量浓度和模数都是影响碱激发注浆材料自收缩的关键指标参数,并共同控制碱激发材料的自收缩;当激发剂中SiO₂物质的量浓度大于2 mol/L时,为了保证碱激发注浆材料后期具有足够的抗压强度,则模数不应低于1.2;激发剂中SiO₂物质的量浓度需控制在4 mol/L以下,才能降低对韧性、耐久性的影响。     

Surface characterization of Al2O3–SiO2 supported NiMo catalysts: An effect of support composition

Al₂O₃–SiO₂ mixed oxide has been investigated as a support for hydrotreating catalyst with variation of its composition [Si/(Si + Al) = 0.06, 0.12, 0.31, 0.56, 0.78] and its interaction with the surface active metals (NiMo). The composition of support and surface species (NiMo) of catalysts were characterized by specific surface area, atomic absorption, SEM-EDX, XRD, temperature programmed reduction (TPR), Raman analysis, scanning electron microscopy (STEM) and transmission electron microscopy (TEM). Incorporation of SiO₂ in Al₂O₃ promotes a weak interaction between the active phases and particularly catalyst that predominated with SiO₂ content. The oxide and sulfided catalysts characterization indicated that the effect of support is responsible to form different catalytic sites. Crystallization of MoO₃ phases and a relatively longer crystal of MoS₂ in the sulfided catalyst were attributed to an increasing SiO₂ content in the support. The catalytic behavior of the NiMo supported catalysts is explained in terms of structural changes on the surface due to the support and active metal interactions. The activity of the different catalysts evaluated in the thiophene hydrodesulfurization reaction was higher for the catalyst having lower SiO₂ content in the support.     

海藻酸钠/二氧化硅杂化微球结构与吸附性能

利用海藻酸钠（SA）和正硅酸四乙酯（TEOS）为原料,并利用醇解TEOS提供二氧化硅（SiO₂）源与SA分子结构上的羟基（-OH）进行反应,制备一系列不同组分的杂化微球。采用旋转流变仪（DHR）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X-射线光谱（XRD）、热重分析仪（TG）、扫描电子显微镜（SEM）和氮气吸附-脱附方法（BET）对杂化溶液的流变性能以及杂化微球的化学结构、结晶能力、热分解能力、微球形貌、比表面积和孔径进行分析,并研究了其对亚甲基蓝（MB）和重金属铜（Cu²⁺）的吸附能力。结果表明：SA/SiO₂杂化溶液体系黏度下降,在初始剪切速率25s^-1时杂化溶液黏度比SA黏度低了2.2Pa·s;FTIR图说明SA中羟基与TEOS中的硅氧键反应生成硅氧碳键,TEOS与SA发生化学反应;杂化微球结晶曲线中CA结晶特征峰强度降低,同时出现SiO₂的结晶特征峰;杂化微球分解温度由250℃提升到310℃,热分解温度提高;BET测试得到海藻酸钙（CA）比表面积为7.254m²/g,孔径为19.65nm,CA/SiO₂杂化微球的比表面积为49.151m²/g,孔径为21.75nm,杂化微球比表面积提高,孔径类型为介孔;当MB初始浓度为100mg/L时,SA/SiO₂杂化微球去除率达到87.09%;当Cu²⁺初始浓度为2.5g/L时,SA/SiO₂杂化微球去除率达到86.8%。     

Fe掺杂SUZ-4催化剂制备及其SCR反应活性

在添加晶种和有机模板剂条件下,采用两步溶胶-凝胶法,酸环境下共水解正硅酸乙酯和金属盐,合成得到骨架Fe-SUZ-4分子筛。通过紫外可见漫反射表征证明Fe成功嵌入分子筛的四配位骨架上。Fe-SUZ-4分子筛催化剂在NH_3-SCR脱硝反应中表现出优异的催化性能,其催化活性显著高于离子交换法和浸渍法制备的含Fe分子筛催化剂。结果表明,凝胶配比为n(TEAOH)∶n(KOH)∶n(Al_2O_3)∶n(SiO_2)∶n(H2O)=1.0∶10∶1∶22.5∶500,晶种质量分数为1%,n(Fe)∶n(Si)=0.005~0.02,随着Fe含量的增加,Fe-SUZ-4分子筛晶化时间略有延长,且结晶度略降。NH_3-SCR脱硝反应中,Fe-SUZ-4分子筛催化剂最适宜的金属含量为n(Fe)∶n(Si)=物质的量比0.01,反应温度约350℃时,NO转化率达到100%。而通过离子交换法和浸渍法合成得到的含Fe分子筛催化剂用于SCR反应,NO转化率达到100%时,反应温度均有提高。