Micro reactor

Chia sẻ: Hanh My | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

125
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ngày nay, mỗi khi nhắc đến ngành công nghệ hóa chất, có lẽ đa số người đọc đều liên tưởng ngay đến những khu công nghiệp náo nhiệt, những thiết bị phản ứng và dây chuyền sản xuất trên quy mô lớn, những ống khói cao vút, những kho bãi rộng lớn, và còn cả những lượng chất thải khổng lồ thải ra sông ngòi kênh rạch! Kéo theo đó là những hệ quả nghiêm trọng về vấn đề sức khỏe và an toàn cho người lao động, những nguy cơ tiềm ẩn về cháy nổ, những mối hiểm họa...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Micro reactor

Micro reactor Ngày nay, mỗi khi nhắc đến ngành công nghệ hóa chất, có lẽ đa số người đọc đều liên tưởng ngay đến những khu công nghiệp náo nhiệt, những thiết bị phản ứng và dây chuyền sản xuất trên quy mô lớn, những ống khói cao vút, những kho bãi rộng lớn, và còn cả những lượng chất thải khổng lồ thải ra sông ngòi kênh rạch! Kéo theo đó là những hệ quả nghiêm trọng về vấn đề sức khỏe và an toàn cho người lao động, những nguy cơ tiềm ẩn về cháy nổ, những mối hiểm họa to lớn cho môi trường sinh thái cũng như hiểm họa cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên vốn không phải là vô tận. Trong bối cảnh đó, sự xuất hiện của micro reactor đã được đánh giá là một cuộc cách mạng của ngành công nghệ hóa chất nói chung. Ngược dòng thời gian trở lại những thập niên cuối cùng của thế kỷ 20, ý tưởng về micro reactor xuất hiện đầu tiên vào năm 1986 ở Đức, tuy nhiên vẫn chỉ mới dừng lại ở những ý tưởng trên giấy. Khoảng hơn ba năm sau đó, cũng tại Đức, nhà sản xuất Forschungszentrum Karlsruhe đã cho xuất hiện lần đầu tiên trong lịch sử một micro reactor, tuy nhiên họ chỉ tập trung nghiên cứu về vấn đề truyền nhiệt và năng lượng nói chung. Mãi đến năm 1995, ứng dụng của các hệ thống micro reactor trong công nghệ hóa học và cả công nghệ sinh học mới được đưa ra thảo luận ở Mainz (Đức), và đây được xem là điểm khởi đầu cho sự phát triển thực sự của các hệ thống micro reactor. Hai năm sau đó, hội nghị quốc tế đầu tiên về công nghệ micro và micro reactor đã được tổ chức, và sau đó trở thành hội nghị thường
niên của lĩnh vực này, tổ chức hàng năm ở Châu Âu hoặc Hoa Kỳ. Ở dạng đơn giản nhất và nhỏ nhất, micro reactor bao gồm một hệ thống các rãnh nhỏ có kích thước từ 10 đến 300 µm, được khắc vào một bề mặt rắn làm bằng thủy tinh, vật liệu silicat, hợp chất cao phân tử, hay bằng các lọai hợp kim khác nhau. Các rãnh nhỏ này được kết nối với một hệ thống các bình chứa nhỏ, là nơi chứa nguyên liệu và sản phẩm cho quá trình. Toàn bộ hệ thống các rãnh và bình chứa này có kích thước tổng cộng khoảng vài cm, thường được gọi là một con ‘chip’. Xúc tác rắn cho quá trình (nếu cần thiết) sẽ được nạp vào các rãnh nhỏ này. Hóa chất được di chuyển trong micro reactor dưới tác động của hiện tượng điện thẩm, điện di, hoặc bằng các bơm thủy lực có kích thước micro. Các hệ thống gia nhiệt hay làm lạnh cũng sẽ được kết nối với hệ thống phản ứng, dĩ nhiên cũng ở kích thước micro. Các phản ứng hóa học trong micro reactor có thể xãy ra trong pha lỏng, hoặc lỏng-hơi, hoặc là hoàn toàn ở pha hơi, tùy vào từng quá trình cụ thể. Các quá trình hóa học thực hiện trong micro reactor có nhiều điểm thuận lợi vượt bậc so với các quá trình trong các thiết bị phản ứng thông thường, chẳng hạn về tốc độ phản ứng và thời gian phản ứng. Một ví dụ tiêu biểu là công bố từ nhóm nghiên cứu của Giáo sư Haswell ở Trường đại học Hull của Anh Quốc, một trong những nhóm nghiên cứu hàng đầu thế giới về công nghệ micro reactor, đã thực hiện phản ứng ghép đôi Kumada giữa 4-bromoanisole với phenylmagnesium bromide trên xúc tác nikel trong micro reactor và cả trong bình phản ứng thông thường. Kết quả cho thấy tốc độ phản ứng trong micro reactor đã tăng một cách ngoạn mục, lớn hơn 3400 lần so với phản ứng
thông thường. Bên cạnh đó, thời gian phản ứng từ 24 h trong bình phản ứng thông thường đã giảm một cách đáng kể xuống chỉ còn vài phút trong micro reactor! Tương tự như vậy, khi phản ứng tổng hợp dipeptide được thực hiện trong micro reactor, 100% hiệu suất đạt được chỉ sau 20 phút, trong khi đó phản ứng chỉ đạt 50% hiệu suất sau 24 h khi thực hiện theo quy trình thông thường. Hàng lọat ví dụ khác có thể được tìm thấy trên tạp chí Lab on a Chip của Hội hóa học Hoàng gia Anh – nơi dành riêng cho các công trình về micro reactor, hoặc trên các tạp chí quốc tế có tên tuổi khác như Analytical Chemistry của Hội hóa học Hoa Kỳ hay Green Chemistry của Hội hóa học Hoàng gia Anh… Như đã nói ở trên, phản ứng trong micro reactor có khả năng cho sản phẩm với hiệu suất cũng như độ tinh khiết cao hơn trong một khoảng thời gian ngắn hơn so với phản ứng trong bình phản ứng thông thường, do đó một số lượng lớn các hóa chất mới có thể được tổng hợp ra trong một thời gian ngắn với một khối lượng vừa đủ để tiến hành các phân tích cần thiết cũng như thử họat tính sinh học. Hơn nữa, sự kết hợp nhiều micro reactor khác nhau có thể làm tăng thêm số lượng các hóa chất mới một cách đáng kể trong cùng một khoảng thời gian. Chính vì vậy, micro reactor được đánh giá là có khả năng làm một cuộc cách mạng trong công nghiệp tổng hợp hóa dược, nơi mà số lượng các hóa chất mới có khả năng có họat tính sinh học cần được tổng hợp ra ngày một nhiều và trong một khoảng thời gian ngắn nhất có thể. Thực tế, công nghệ micro reactor là một phần không thể thiếu trong chiến lược nghiên cứu và phát triển của tập đoàn dược phẩm danh tiếng GlaxoSmithKline, nơi mà hiện tại trung bình mổi giờ đồng hồ, 300 ngàn bảng Anh (tương đương trên
550 ngàn đô la Mỹ) đã được chi ra cho việc nghiên cứu tìm ra các lọai thuốc mới