套管式微通道反应器内直接沉淀法制备超细颗粒的研究

论文摘要

微观混合(即分子尺度上的混合)是流体混合的最后阶段,在一些化学反应时间尺度和混合时间尺度相当或小于混合时间尺度的反应过程中,微观混合发挥着重要的作用。液晶材料、生物磷脂、聚合物复合膜、生物可降解药物胶囊、超细包涂粉体和纳米颗粒等工业生产过程都显著地受到微观混合均匀程度的影响,特别是反应物的转化率、产物的选择性、产物粒度分布和分子量分布等方面。因此,为了改善产品特性以获取最大的经济效益,发展新型高效的混合和分散设备成为目前研究的热点。作为一种新型的制备超细颗粒的技术,微反应技术与传统的直接搅拌沉淀法、微乳液法、溶胶一凝胶法等液相制备技术相比,反应和传质性能明显改善,反应的转化率、选择性以及传质速率也有显著地提高。因此,微反应技术将是今后颗粒制备领域的研究重点之一。本文以新型的套管式微通道反应器为研究对象,通过调控微孔大小,反应物流速和物料浓度等参数,从而有效地控制颗粒的合成、大小、分布以及颗粒的结晶形态等,基于微通道反应器自身的结构特点,过程可实现颗粒的高通量、连续化生产。本文分别选择无机颗粒,如硫酸钡,碳酸钙,以及有机药物颗粒头孢呋辛酯为研究对象,详细考察了该微通道反应器内不同颗粒的沉淀结晶过程。全文主要内容如下：1、研究了硫酸钡纳米颗粒的沉淀过程,实验结果表明,硫酸钡颗粒的粒径随着反应器微孔孔径的减小而减小；反应器内反应物流量增大或浓度增加都会生成较小的颗粒,在氯化钡和硫酸钠浓度分别为0.35mol/L和0.1mol/L,流量为9L/min的条件下可得到平均粒径37nm的颗粒；有效管长的改变对颗粒的粒度无明显的影响。微反应器所制得的颗粒在粒径大小,形貌和粒度分布上均优于烧杯中直接沉淀法所得颗粒。2、探索了碳酸钙超细颗粒的制备过程,考察了反应器微孔孔径、反应物流量、浓度、有效管长、两相体积流量比等因素对颗粒的粒径、形貌和晶型等的影响。通过调节实验参数,可以在不加入添加剂的情况下制得粒径小于1μm的碳酸钙颗粒,并且可适当调控其晶型。3、采用反溶剂重结晶法成功制备了无定形头孢呋辛酯超细颗粒。在确定了溶剂—反溶剂体系的基础上,分别考察了溶液浓度、溶剂—反溶剂的体积比、有效管长等因素对超细无定形头孢呋辛酯的颗粒粒度的影响。实验结果表明,本方法可以制备出粒径小于500nm的无定形头孢呋辛酯超细颗粒。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• Contents
• 第—章 文献综述
• 1.1 微观混合的概述
• 1.1.1 微观混合的概念
• 1.1.2 微观混合的研究发展
• 1.1.3 微观混合的研究意义
• 1.2 微观混合模型
• 1.2.1 经验模型
• 1.2.1.1 聚并—分散模型
• 1.2.1.2 多环境模型
• 1.2.1.3 IEM模型
• 1.2.2 机理模型
• 1.2.2.1 扩散模型
• 1.2.2.2 旋涡卷吸（EDD）模型
• 1.2.2.3 条纹层状模型（Lamellar Structure Model）
• 1.2.2.4 片状模型（Slab Model）
• 1.3 化学反应器微观混合的研究进展
• 1.3.1 搅拌釜反应器
• 1.3.2 管式反应器
• 1.3.3 撞击流反应器
• 1.3.4 静态混合器
• 1.3.5 旋转填充床反应器
• 1.3.6 微通道反应器
• 1.4 微反应器的研究进展
• 1.4.1 微反应器的定义及分类
• 1.4.2 微反应器的微混合特点
• 1.4.3 微反应器的优点
• 1.4.3.1 物理尺寸减小为微反应器带来的优势
• 1.4.3.2 数增放大为微反应器带来的优势
• 1.4.4 微反应器的应用
• 1.4.4.1 放热剧烈的反应
• 1.4.4.2 反应物或产物不稳定的反应
• 1.4.4.3 对反应物配比要求很严的快速反应
• 1.4.4.4 危险化学反应以及高温高压反应
• 1.4.4.5 纳米材料及颗粒形成反应或聚合反应
• 1.5 混合性能的研究方法
• 1.5.1 粒子或染料示踪法
• 1.5.2 化学反应探针法
• 1.5.3 计算流体力学模拟法
• 1.6 目前存在的问题和选题意义
• 1.7 本论文的研究内容
• 第二章 混合—结晶过程的理论分析
• 2.1 结晶过程
• 2.1.1 过饱和度
• 2.1.2 成核过程
• 2.1.2.1 初级均相成核
• 2.1.2.2 初级非均相成核
• 2.1.2.3 二次成核
• 2.1.3 晶体的生长过程
• 2.2 混合过程
• 第三章 套管式微通道反应器制备硫酸钡纳米颗粒的研究
• 3.1 引言
• 3.2 沉淀反应的基础数据
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 实验原料与设备
• 3.3.2 实验过程
• 3.3.3 分析方法和数据处理
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 有效管长对粒径的影响
• 3.4.2 反应物流量对粒径的影响
• 3.4.3 反应物浓度对粒径及粒度分布的影响
• 3.4.4 孔径对粒径的影响
• 3.4.5 与烧杯中制备结果的对比
• 3.5 本章小结
• 第四章 套管式微通道反应器制备碳酸钙超细颗粒的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验过程和方法
• 4.2.1 实验原料与设备
• 4.2.2 实验过程
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 有效管长对粒径的影响
• 4.3.2 反应物流量对粒径的影响
• 4.3.3 反应物浓度对粒径的影响
• 4.3.4 流量比对粒径的影响
• 4.3.5 孔径对颗粒形貌及粒径的影响
• 4.3.6 碳酸钙颗粒的XRD分析
• 4.3.7 与烧杯中制备结果的对比
• 4.4 本章小结
• 第五章 套管式微通道反应器制备头孢呋辛酯超细颗粒的研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验过程
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 实验工艺条件的确定
• 5.3.2 溶液浓度对粒度的影响
• 5.3.3 体系流量比对粒度的影响
• 5.3.4 微孔孔径对粒度的影响
• 5.3.5 有效管长对粒度的影响
• 5.3.6 套管环隙对粒径的影响
• 5.3.7 与其他方法的结果对比
• 5.3.7.1 与直线型微通道反应器的结果对比
• 5.3.7.2 与烧杯实验的结果对比
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 附件