微通道反應(yīng)器在臭氧化反應(yīng)中具有諸多重要應(yīng)用，其獨特的設(shè)計和特性為各種化學(xué)反應(yīng)帶來了新的機遇和優(yōu)勢。以下將詳細介紹微通道反應(yīng)器在臭氧化反應(yīng)中的應(yīng)用情況。

- 提高反應(yīng)效率：

    - 在一些研究中，微通道反應(yīng)器被用于實現(xiàn)可見光驅(qū)動的不對稱氧化連續(xù)化反應(yīng)。例如，用金雞納堿衍生的相轉(zhuǎn)移有機催化劑在氣-液-液多相體系內(nèi)實現(xiàn)可見光催化，分子氧不對稱氧化連續(xù)反應(yīng)。在心形微通道反應(yīng)器內(nèi)，1-茚酮-2-甲酸金剛酯底物完全氧化為(S)-2-羥基-1-茚酮-2-甲酸金剛酯，產(chǎn)物收率 95%，對映選擇性 87.0%。與間歇反應(yīng)相比，采用微反應(yīng)器的連續(xù)反應(yīng)在保持產(chǎn)物高立體選擇性基礎(chǔ)上將 30 分鐘反應(yīng)停留時間縮短至 1.08 分鐘，極大地提高了反應(yīng)效率。

    - 微通道反應(yīng)器在臭氧及催化臭氧氧化降解 2,4-滴丙酸（DCPP）過程中也發(fā)揮了重要作用。通過競爭動力學(xué)法算得了 DCPP 與臭氧及羥基自由基的反應(yīng)速率常數(shù)，對臭氧化處理含 DCPP 廢水具有很好的理論指導(dǎo)意義。

- 研究硫酸鋇沉積行為：

    - 硫酸鋇是石油生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的難以清除的垢。在微通道反應(yīng)器內(nèi)對硫酸鋇沉積行為進行了較詳細的研究。采用火焰原子吸收法和壓差法分別測量鋇濃度變化和微通道管段間的壓力變化，考察微通道管長、流量、濃度及溫度等因素對模擬油田水在微通道反應(yīng)器內(nèi)硫酸鋇沉積行為的影響。實驗結(jié)果表明，隨著管路增長、流量增大、濃度增加，微通道中硫酸鋇的沉積速率加快，沉積量增多，且呈非線性增加趨勢。而溫度升高使得微通道管路中離子擴散加快，硫酸鋇沉積速率增大，但由于溫度的小幅度升高并沒有使硫酸鋇溶度積發(fā)生明顯變化，因此硫酸鋇沉積量增加較少。采用掃描電鏡觀察管道內(nèi)進出口處硫酸鋇的結(jié)垢形態(tài)，驗證了不同因素對管路沉積情況和結(jié)晶形態(tài)的變化。

- 溶解臭氧化氣體：

    - O3 在飲用水深度處理中的應(yīng)用越來越多，O3 的投加、溶解方法和尾氣吸收效果直接影響到水處理成本。經(jīng)對以氧氣為氣源生產(chǎn)的 O3 化氧氣溶解試驗，采用 CSTR 反應(yīng)器串聯(lián)，可使 O3 化氧氣幾乎全部溶解，不用設(shè)尾氣破壞裝置，降低 O2,O3 使用成本 40%以上。

- 燃料表征：

    - 在燃燒領(lǐng)域，外部加熱的微管被引入研究燃料和燃料混合物的燃燒特性。高壓微反應(yīng)器被設(shè)計和實施用于測試高達 20 巴壓力的燃料，自動化測試大大減少了測試時間。該設(shè)備的新穎之處在于其能夠在超過當前技術(shù)水平（12 巴）的壓力下運行。燃料在外部加熱的石英管中進行測試，其直徑小于燃料的常規(guī)淬火直徑。實驗的終目的是研究燃料對火焰特性的影響。能夠達到發(fā)動機相關(guān)壓力條件以及其固有的小體積要求使該設(shè)備成為實驗室運輸燃料和燃料混合物測量的潛在候選者。

- 酚類物質(zhì)的臭氧化反應(yīng)：

    - 在處理被苯酚和取代苯酚污染的廢水時，通常采用部分氧化的中間化學(xué)步驟以促進隨后的生物降解過程。臭氧化是酚類物質(zhì)部分氧化的一種候選技術(shù)。在一項研究中，使用著名的傳質(zhì)與化學(xué)反應(yīng)理論研究了 20 種取代苯酚的臭氧化反應(yīng)動力學(xué)。使用具有平坦界面的攪拌（Lewis）池作為模型接觸器。發(fā)現(xiàn)與所選酚類化合物的反應(yīng)的二階速率常數(shù)在 104 - 107 M–1 s–1 范圍內(nèi)。特別是，苯酚的臭氧化速率常數(shù)為 5.06 × 106 M–1 s–1。通過化學(xué)方法估計了液體側(cè)傳質(zhì)系數(shù)，其值（kL = 0.052 cm s–1）與典型的攪拌池反應(yīng)器一致。這項工作對于廢水處理中臭氧化反應(yīng)器的設(shè)計、操作和放大很有用。

- 降解偶氮染料廢水：

    - 含偶氮染料的廢水對環(huán)境污染構(gòu)成嚴重風(fēng)險，因為它通常具有生物毒性且對常規(guī)廢水處理方法具有抗性。設(shè)計了一種新型的集成臭氧、微通道和超聲的降解系統(tǒng)，以有效降解偶氮染料污染的廢水。研究了介質(zhì)阻擋放電（DBD）反應(yīng)器的放電電壓、液體流速、微通道寬度、超聲功率、初始 pH 和反應(yīng)溫度對亞甲基藍（MB）脫色的影響。在臭氧/微通道/超聲（O3/MC/US）系統(tǒng)中處理 14 分鐘后，獲得了 92.7%的很大 MB 脫色效率。此外，與純 O3 系統(tǒng)相比，O3/MC/US 系統(tǒng)在 14 分鐘內(nèi)的脫色效率和 TOC 去除效率分別提高了 12.6%和 6.5%。根據(jù)清除實驗的結(jié)果，證明了微通道和超聲的聯(lián)合作用提高了羥基自由基的貢獻率，從而提高了脫色效率。

- 五氯苯酚的臭氧化：

    - 在新型微通道反應(yīng)器中研究了五氯苯酚的臭氧傳質(zhì)特性和臭氧化。首先使用“T”型結(jié)微通道來研究臭氧傳質(zhì)特性，而不首先在溶液中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。通過小二乘回歸法提出了 k_Lα實驗值與無量綱數(shù) Sh_L，Re_t，Re_L，Sc 的泰勒，團狀環(huán)流和攪動流態(tài)的相關(guān)性。本工作采用化學(xué)吸附法確定了氣液界面面積。結(jié)果表明，與表面氣體速度相比，表面液體速度對界面面積的影響不明顯。并根據(jù)上述確定的界面面積，計算了在變化的表觀氣體和液體速度下的液體側(cè)臭氧傳質(zhì)系數(shù)。在溶液中存在 PCP 的情況下，傳質(zhì)速率得以加快。

綜上所述，微通道反應(yīng)器在臭氧化反應(yīng)中具有廣泛的應(yīng)用前景，可以提高反應(yīng)效率、研究物質(zhì)的沉積行為、溶解臭氧化氣體、進行燃料表征以及降解廢水等。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，微通道反應(yīng)器在臭氧化反應(yīng)中的應(yīng)用將會越來越廣泛。

參考文獻

用微反應(yīng)器實現(xiàn)可見光驅(qū)動的不對稱氧化連續(xù)化反應(yīng)，馮世豪

微通道反應(yīng)器內(nèi)硫酸鋇沉積行為，張寶丹

臭氧及催化臭氧化降解2,4-滴丙酸動力學(xué)研究，張華

CSTR反應(yīng)器串聯(lián)溶解臭氧化氣體試驗研究與工程設(shè)計，包衛(wèi)彬

Towards a High-Pressure Microchannel Reactor for Fuel Characterization，David Akinpelu

Kinetics of Ozonation of Phenol and Substituted Phenols，Ghanshyam S. Bhosale

Study on the ozonation degradation of methylene blue enhanced by microchannel and ultrasound，Huiyang Liu

新型微通道反應(yīng)器中五氯苯酚的臭氧傳質(zhì)特性和臭氧化，Jian Ren

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