清華大學實現膜反應器可控制備納米顆粒

清華大學與山東海澤納米材料有限公司合作，率先實現了膜分散微結構反應器可控制備納米碳酸鈣工業應用。應用該項新技術所制備的納米碳酸鈣粒徑分布窄，能耗低，二氧化碳利用率大幅度提高。該技術具有完全自主知識產權，成果處于國際領先水平。

    微結構反應器大規模可控制備納米顆粒屬于化學工程與納米科學的交叉領域，是化學工程學科的前沿方向。納米顆粒制備是非常復雜的傳遞反應過程。若反應器不能在極短的時間內使反應體系達到均勻混合，納米顆粒產品將出現粒徑分布寬、質量不穩定的問題。本項目根據混合尺度減小可以縮短混合時間的原理，結合膜分散技術和微通道內的薄層剪切技術，提出并發展了一種在微米尺度接觸、在毫秒量級內實現均勻混合的新型膜分散微結構反應器，并將其用于納米顆粒的可控制備。

    本項目成功地制備了納米碳酸鈣、硫酸鋇、氧化鈦、氧化鋯等納米顆粒，證明了該技術具有普適性；揭示了微反應器內微米級液滴和氣泡的生成機理和規律；利用CFD模擬等多種手段，探究了新型反應器在毫秒級內實現高度均勻的宏觀和微觀混合的根本原因；利用多個參數調控了納米顆粒的尺寸；建立了新型反應器內納米顆粒成核、生長和團聚的理論模型；提出了膜分散微結構反應器的放大方法。這些研究成果豐富了微尺度傳遞理論，發展了新型微結構反應器，推動了微化工系統與納米材料的結合。