[发明专利]一种通用型荧光流体光化学微反应器件及其3D打印制造方法

说明书

一种通用型荧光流体光化学微反应器件及其3D打印制造方法，属于光化学反应器研究技术领域。利用透明光敏树脂以及3D打印强大的空间构筑能力，制备了同时具有集光通道和反应通道的光化学微反应器件。将集光物质以流体形式引入到光通道中，既可以发挥集光和波长转换的作用，解决传统光化学反应器光源匹配的难题，又可以灵活更换集光物质以满足反应通道内不同光化学反应的需求，极大的扩展了反应器的应用范围。本发明光化学微反应器的制造简单、快速，可大规模生产，为研究反应的快速筛选、反应条件的优化以及反应机理等提供了便利。所用集光材料可回收再利用，降低了材料成本，且不污染环境。

技术领域

本发明属于光化学反应器研究技术领域，涉及到3D打印荧光流体光化学微反应器。具体涉及使用透明光固化树脂3D打印制造具有波长转换功能，可应用于不同光化学反应的微反应器的方法。

背景技术

光化学反应是指在外界光源的照射下所发生的化学反应过程。光化学反应器作为光化学反应进行的场所,其性能优劣对于光化学反应有十分重要的作用。光化学反应器中光源种类、反应器几何形状及反应器与光源间相互位置是直接影响光化学反应器性能的关键因素。近今年来微反应器由于反应体系的传质和传热过程获得极大改进，可使化学反应过程获得更高的转化率和收率而受到广泛关注。微反应器通常是指其内部流体通道或分散空间尺度在微米量级的微结构化学反应器。利用透光微反应器与外加辐照光源结合制备光化学微反应器，可以有效的提升光化学反应的转化率和选择性。然而在光化学反应中，由于受到量子力学基本原理的制约，反应的进行与否直接与外界辐照光源的波长有关(尤其是可见光激发的化学反应)，因此针对不同光化学反应往往需要不同的辐照光源。而现实情况中，一些特殊波长的光源较难得到或是价格昂贵，这极大的限制了光化学微反应器的应用。

荧光染料和量子点往往具有较宽的吸收谱带和较窄的发射谱带。这些物质可以通过收集不同波长的激发光产生某一波长较强的发射光，从而起到集光和波长转换的功能。利用这一特征，人们可以利用廉价的LED光源甚至日光等广谱光源来引发光化学反应。目前应用较多的是荧光集光式微反应器，即将荧光材料分散到透明介质中，随后采用翻模的方法在其内部构筑微通道，经固化后形成微反应器。该反应器中，荧光材料吸收外加光源的光并发射所需波长的荧光。发射出来的荧光会在透明介质中以光波导的模式传输并聚焦到内置的微通道，从而促进微通道内的光化学反应的进行。这类反应器很好的解决了光化学反应过程中波长匹配的问题。但是这类反应器存在以下几个问题：首先，由于荧光染料一开始就掺杂到反应器基质中，无法分离，因此这类反应器只适用于某一特定的光反应；其次，荧光染料的更换和回收利用难以实现；最后，采用翻模法制备反应器过程繁杂，耗时长，且难以设计更加复杂的空间结构。这些因素到导致荧光集光式光化学微反应器制造成本高、普适性低，应用范围受到很大的限制。因此开发一种制备简单且多种光化学反应均能通用的集光式光化学微反应器就显得非常重要。

由于荧光材料采用掺杂方式进入反应器介质中而导致其被固定不能更换，若是将荧光材料以流体形式引入到微反应器内部，则有望解决上述问题。3D打印是一种新兴的增材制造技术，可通过逐层打印的方式来构造具有复杂空间结构的物体，且具有快速成型的特点。借助于3D打印技术强大的空间构筑能力，同时具有集光通道和反应物通道的连续流光化学微反应器可以被加工制造，形成荧光材料可更换的通用型光化学微反应器件。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用3D打印技术结合荧光材料制备通用型荧光流体光化学微反应器的方法。

本发明的技术方案：

一种通用型荧光流体光化学微反应器件，包括光通道2、反应通道1、光通道出口、光通道入口、反应通道出口和反应通道入口；所述的光通道2内部充满荧光流体，两端口密封；所述的反应通道1内部通入反应液，光通道2位于反应通道1周围，确保光化学反应的进行。

所述的反应通道1与光通道2均为蛇形方管，光通道2为两套，分别平行设置于反应通道1的上下两侧。