微流控芯片技术制备单分散多孔微球

发布时间：2020-04-22 04:27

【摘要】：单分散多孔微球的制备方法较多,有乳液聚合法、模板法、自组装法、喷雾干燥法等。然而这些方法较难控制微球的直径和微观结构,因此具有很大的局限性。微流控芯片制备微球的方法保留了乳液聚合法的优点,同时,又克服了分散性差的问题。此外,微球的形态可以很容易地调整。通过改变微流控芯片的通道结构,我们可以获得结构各异的单分散微球材料。本论文综合微流控芯片与单分散多孔微球的优点,利用单级和对冲两种结构的微流控芯片制备了多孔SiO_2微球和多孔金属微球,并分别用于水油分离和催化反应,均达到良好效果。主要研究内容如下:(1)利用微流控芯片制备了一系列单分散多级孔结构Si O_2微球。微液滴中SiO_2溶胶通过发生相分离产生多孔结构,因此论文研究了收集相溶液不同时对微球孔结构的影响,结果表明水是使微球产生相分离的必要条件;研究了两相流体(连续相和分散相)流速比变化、不同的收集溶剂和煅烧温度对微球结构的影响;通过调节两相流速,可以得到不同尺寸的微液滴,制备的微球直径可以在148μm-940μm之间变化。微球的比表面积和孔体积分别达到495 m~2 g~(-1)和0.6068 ml g~(-1),并且所制得的微球具有大孔和介孔的多级孔结构。不同的煅烧温度会对微球的浸润性产生影响,450?C煅烧会导致微球表面疏水。Fe_3O_4纳米粒子加入到硅溶胶中可以形成磁性微球,此时微球的孔结构基本保持不变。该磁性多孔微球可以吸附其自身重量3.29倍的甲苯;除甲苯外,磁性多孔微球对一些常见油类都有较好的吸附作用,外加磁场可以将已吸附油的微球从水面轻易去除。微球可以被回收并重复利用超过10次。(2)扩散是评价多相反应中多孔催化剂性能的重要因素之一,而具有多孔结构的中空微球可以显著改善球形催化剂的传质过程,这种微球在无机合成领域有着重要作用。本论文将微流控技术与无电沉积相结合,制备得到多孔结构的空心Cu和CuO_x微球。这些微球具有可控制的直径(100μm-400μm)和外壳厚度(10μm-60μm)。数值模拟和实验结果表明,空心结构有利于促进多相反应中的扩散过程,从而提高催化剂利用率。Cu和CuO_x微球分别用于催化流动反应器中的加氢反应和类芬顿反应,反应物的转化率可以达到95%以上,并且催化剂可以在较长反应时间内保持反应活性。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.4

【参考文献】