[发明专利]一种用于研究声电场助滤动态过程的微流控实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及超滤、微流控技术，具体是一种用于声电场助滤动态过程研究的微流控实验装置，通过施加电场、超声场等多物理场，对超滤的动态过程从微观角度进行观测。

背景技术

超滤技术是一种以高选择透过性能的薄膜为分离介质、以机械筛分原理为基础、以膜两侧压差为动力，使小分子溶质和溶剂穿过一定孔径的特制薄膜，而大分子溶质不能透过，留在膜的一边，从而对双组分或多组分混合物体系进行分离、分级、提纯和富集的高新技术。目前超滤技术已经应用与生物医药制备、污水处理、土壤养分快速检测等众多行业当中。然而在超滤过程中，随着超滤的进行，在膜表面会出现浓差极化现象，从而降低膜通量。另外，分离溶质会与膜产生相互作用，在膜表面或膜孔内产生的吸附、沉积，会使膜孔堵塞或变小，或在膜表面形成附着层，使膜阻力增大，膜的渗透速率下降，造成膜污染。浓差极化和膜污染是超滤过程中存在的两个主要问题，它们会破坏膜的性能并最终缩短膜的寿命，增加膜的操作和维护费用，且会造成产品质量和目标产品收率降低。浓差极化和膜污染严重制约了超滤技术的大规模工业应用。

为了避免或减小此类现象的发生，可通过施加电场、超声场等多物理场来增加膜通透，降低膜污染。专利申请号：200620155007.1提出了一种超声场和高压交流脉冲电场复合强化的超滤膜分离组件。但该组件是一种宏观应用型装置，而超滤的动态过程则需要从微观角度进行观测，因此该装置并不能用于声电场助滤的超滤动态过程研究。然而研究微观动态过程是研究多场助滤机理的有效手段，为了便于研究人员研究多场助滤机理，需要一种便于进行微观观测的实验装置。目前，微流控技术已经成功的实现了微观观测实验，基于此提出了一种用于声电场助滤动态过程研究的微流控实验装置。

发明内容

本发明的目的是针对传统装置不能从微观角度研究声电场助滤机理的缺陷而提出一种用于声电场助滤动态过程研究的微流控实验装置，其与微体视粒子测速仪联用就能够对声电场助滤的微观动态过程进行观测和机理性分析，从而便于声电场助滤机理的研究。

为达到上述目的，本发明用于研究声电场助滤动态过程的微流控实验装置采用的技术方案是：包括毫米级微流控芯片，毫米级微流控芯片底部粘贴于封接底片上，毫米级微流控芯片的中间是反应室，反应室左右两侧中间是与反应室相连通的微通道，反应室内的中部是将反应室分隔成左右两个半室的超滤网组件，每个半室中设有与电场信号发生器相连并产生电场的二个电极板，在其中一个半室的外壁一侧设有与超声信号发生器相连并产生超声震荡信号的超声波换能器。

进一步地，每个电极板均通过各自的ITO引线引出，每个ITO引线的末端均连接一个焊盘，焊盘连接电场信号发生器。

进一步地，所述反应室的前后内壁上设有用于安装超滤网组件的滤网安装插槽， 左右两个半室的前后内壁上均设有用于安装电极板的电极板插槽。

进一步地，所述超滤网组件包括滤网支撑架及超滤网体，超滤网体包夹于左右两片结构相同的滤网支撑架中间。

本发明与已有技术相比，具有如下优点：

1、本发明能够将声电场助滤的动态过程引入到微尺度条件下，便于观察以及机理性研究，实现在微观尺度条件下对声电场助滤动态过程的观测。

2、本发明中的超滤网是一种活动式连接结构，可以根据实验过程的需要，拆除滤网并对其进行检测。

3、本发明所述微流控实验装置的尺度为毫米级，使其雷诺数在4000以上，从而使得微观条件的流场条件与宏观条件一致，可用于宏观流场动态过程的模拟。

4、本发明采用传统PDMS微流控芯片制作工艺，加工简单。

5、本发明采用微流控芯片结构，容易与微体式粒子测速仪以及其他观测设备联用。

6、本发明采用毫米级微流控芯片作为实验载体，声电场装置与微流控芯片的耦合方式均为粘贴性连接，其耦合位置可以根据实验需要进行调整。

附图说明

图1是本发明用于声电场助滤动态过程研究的微流控实验装置的整体结构示意图；

图2是图1中毫米级微流控芯片本体结构俯视图；

图3是图1中毫米级微流控芯片与声电场发射装置的组装图，其中图3（a）是主视图，图3（b）是图3（a）的仰视图。

图4是本发明用于声电场助滤动态过程研究的微流控实验装置活动式超滤网组件的结构图，其中图4（a）为主视图，图4（b）为图4（a）的左视剖视图；

图5是本发明用于声电场助滤动态过程研究的微流控实验装置的具体应用例组装图。