亲疏水图案化基底环流微通道反应器及其制备方法

技术特征：
1.一种亲疏水图案化基底环流微通道反应器，其特征在于，所述反应器包含并排设置的第一区域和微通道区，所述第一区域和微通道区连通；所述第一区域，包括依次间隔设置的第一亲水区和疏水区；沿液体流动方向，所述第一亲水区的尺寸逐渐变小；所述微通道区，包括依次间隔设置的微墙和流体通道区，所述第一亲水区和疏水区均与流体通道区相连通；所述流体通道区的表面还设有纳米催化剂层和/或生物酶；液体在所述第一区域和微通道区流通时，呈环流状。2.根据权利要求1所述的微通道反应器，其特征在于，所述反应器还包括第二区域，所述微通道区位于所述第一区域和第二区域之间，且所述第二区域为第二亲水区。优选地，所述第一亲水区的形状为梯形结构。3.根据权利要求1-2任一项所述的微通道反应器，其特征在于，所述第一区域包括至少一个进液区；所述进液区包括依次间隔设置的第一亲水区和疏水区。优选地，所述第一区域还包括注液区，所述注液区与所述进液区并排设置，所述进液区靠近所述微通道区；所述注液区包括依次间隔设置的第一亲水区和疏水区。优选地，所述进液区和所述注液区共同形成所述第一区域。4.根据权利要求1-3任一项所述的微通道反应器，其特征在于，所述纳米催化剂和/或生物酶的厚度为0.5-5微米，优选为0.5-2nm微米。优选地，所述纳米催化剂的粒径为2nm～900nm；所述纳米催化剂可以但不限于是胶体微球、纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种；或者选自以ps纳米微球或无极纳米球为核，核外包覆铂壳、金壳、银壳、铜壳、dna分子、有机荧光分子、功能性有机小分子或者功能高分子的核壳结构中的一种或几种。优选地，所述的酶可以但不限于脂肪酶cal-b、胰蛋白酶、蔗糖磷酸化酶、氨基酰化酶、葡萄糖异构酶、锰过氧化物酶、漆酶、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶、α-淀粉酶、脲酶、纤维素酶等中的一种或多种。5.根据权利要求1-4任一项所述的微通道反应器，其特征在于，所述微通道区的底面的材质和所述第一亲水区的材质相同或者不同，均选自亲水材料；所述疏水区的材质为疏水材料；所述亲水材料可以为在基底表面上接枝亲水性基团；所述亲水性基团为磺酸基、硫酸基、磷酸基、羧酸基、氨基、季铵基、羧酸酯；所述疏水材料可以为在基底表面上接枝疏水性基团，所述疏水性基团为烃基，为c
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烷基。6.根据权利要求1-5任一项所述的微通道反应器，其特征在于，所述微墙的材质为聚二甲基硅氧烷、共聚酯、聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚氯乙烯、醋酸纤维素、乙基纤维素、乙烯醇-乙烯基乙酸酯、乙烯-丙烯聚合物和海藻酸钠中的至少一种；优选为聚二甲基硅氧烷。优选地，相邻微墙之间形成所述流体通道区。优选地，所述流体通道区是由基底与多个微墙无缝结合形成流体通道区。优选地，所述基底可以是硅类、金属类一种或多种材料，所述硅类为玻璃片、单晶硅片、二氧化硅片、石英片或聚二甲基硅氧烷薄膜，所述金属类为铝片、铜片、镍片或氧化铝片；优选为铝片或玻璃片。
7.权利要求1-6任一项所述的微通道反应器的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)制备含有亲疏水图案化的基底，所述含有亲疏水图案化的基底包含所述微通道区的底面，和含有上述结构的第一亲水区、疏水区；(2)在步骤(1)中所述微通道区的底面上制备微墙，使所述微通道区依次间隔设有微墙和流体通道区，再在所述流体通道区的表面制备纳米催化剂层和/或生物酶，制备得到微通道反应器。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含有亲疏水图案化的基底还包含所述第二区域的底面。优选地，步骤(1)中，所述基底在改性前，还采用酸性溶液或碱性溶液对基底进行氧化处理。9.根据权利要求7-8任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含有亲疏水图案化的基底的具体制备步骤为：将表面氧化处理后的基底与硅烷偶联剂反应后，再将掩模(膜)版覆盖其上方，再在掩模(膜)版上方采用紫外光照射，制备所述含有亲疏水图案化的基底；其中，掩模版的结构与含有亲疏水图案化的基底的结构保持一致，所述含有亲疏水图案化的基底中的亲水区对应于掩模版的透光区域，含有亲疏水图案化的基底中的疏水区对应于掩模版的不透光区域。优选地，所述掩模版包括并排设置的第四区域和第五区域，所述第四区域和第五区域连通，所述第四区域包含依次间隔设置的透光区与非透光区，所述透光区的横截面优选为等腰梯形；所述第五区域为透光区域。10.根据权利要求7-9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述掩模版还包括第六区域；所述第五区域位于所述第四区域和第六区域之间，且所述第六区域为第二亲水区。优选地，步骤(2)中，利用微纳自组装技术或酶固定方法在流体通道区的表面附着纳米催化剂层和/或生物酶。

技术总结
本发明公开了一种亲疏水图案化基底环流微通道反应器及其制备方法，所述反应器包含并排设置的第一区域和微通道区，所述第一区域和微通道区连通；所述第一区域，包括依次间隔设置的第一亲水区和疏水区；沿液体流动方向，所述第一亲水区的尺寸逐渐变小；所述微通道区，包括依次间隔设置的微墙和流体通道区，所述第一亲水区和疏水区均与流体通道区相连通；所述流体通道区的表面还设有纳米催化剂层和/或生物酶；液体在所述第一区域和微通道区流通时，呈环流状。本发明的技术简单快捷，灵活易用，适用于多种催化反应和多种形态反应釜，便于大规模生产。催化反应的小型化和高效率，使其在安全化工、绿色化工、高效化工行业都具有很强的应用价值。应用价值。应用价值。


技术研发人员：陈炳达 谢岱希 苏萌 宋延林
受保护的技术使用者：中国科学院化学研究所
技术研发日：2021.06.10
技术公布日：2022/12/12