
过程强化(PI)是化学工程的发展,大幅度减小空间、更清洁、更节能地生产制造。一个方法是通过使用膜反应器进行更有效的反应,产生更少的废物。
膜反应器是一种小尺寸、多功能的装置,它将反应和分离阶段整合在一个单一单元中,以提高平衡反应的转化率。在这种装置的各种反应中,气/液双相反应具有重要意义,因为气体反应物必须溶解在液体中才能与液体反应物发生反应。
管中管微反应器创造了足够的接触,以增加从一个相到另一个相的质量转移,从而更有效的反应。为了实现这一点,反应器需要使用气体可渗透但液体不可渗透的膜。目前可用于这一应用的商用膜成本很高,使这一新兴工艺的吸引力降低,无法被广泛采用。
预计到2027年,全球微反应器技术市场规模将从2021年的约3.5亿美元达到约8.2亿美元。由于其单步反应和分离以减少潜在的副反应的特性,最终产品的产量预计会更高。与大型反应器相比,微反应器内的混合也有望减少反应过程中出现的问题。

新加坡国立大学的研究团队发明了一种管状膜,可应用于气/液双相反应的微反应器。如果需要,管子可以被装上合适的催化剂,用于催化膜反应。该膜对气体(经测试为氮气、氧气、氢气、二氧化碳和甲烷)具有渗透性,对液体如水、乙醇、丙酮、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)和二甲基甲酰胺(DMF)不具有渗透性。在强有机溶剂的存在下,它仍然保持功能。这种膜可以用工业上传统的熔融挤压设备制造。并且不需要对目前可用的设备进行大量的改造工作。
这项技术的主要优点是,它能够使用低成本的原材料和工业中的常规设备,制造出高性能的膜,用于双相气/液反应的微反应器中。这增强了膜微反应器技术的可采用性,使其得到更广泛的应用。

图:该技术的管膜图片



