深紫外光化學(xué)微反應(yīng)器的工作原理
連續(xù)流光化學(xué)合成,兼具流動化學(xué)和光化學(xué)的雙重優(yōu)勢,是近年來在化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的一項(xiàng)代表性綠色微化工技術(shù)。
微通道反應(yīng)器,作為常規(guī)連續(xù)流合成的典型裝備,應(yīng)用于高性能連續(xù)流光化學(xué)合成還需滿足對所用光源的高光學(xué)透明度。當(dāng)前連續(xù)流光化學(xué)合成的相關(guān)研究主要集中在可見光(如400-700nm)和中、長波紫外光(如300-400nm)。盡管深紫外光(短波紫外光,如200-300nm)在精細(xì)化工、藥物合成等中具有獨(dú)特優(yōu)勢,如高光子吸收效率,無需昂貴光催化劑等,但由于微反應(yīng)器材質(zhì)、光源熱管理等限制,其用于連續(xù)流合成的相關(guān)研究較少。就微反應(yīng)器材質(zhì)而言,常規(guī)的紫外透明聚合物如全氟乙烯丙烯共聚物雖然可用于深紫外光化學(xué)合成,但其熱穩(wěn)定性、使用壽命受限。而當(dāng)前的商用玻璃微通道反應(yīng)器(大多為硼硅酸鹽玻璃材質(zhì))在深紫外波段的透過率較低,不適用于高效的深紫外光化學(xué)合成。
石英玻璃具有高的深紫外透明性(>90%)、高的化學(xué)惰性,是應(yīng)用于此波段微反應(yīng)器的理想材料。但常規(guī)的石英玻璃毛細(xì)管微通道反應(yīng)器由于其單一構(gòu)型很難實(shí)現(xiàn)高效的流體混合和輻照光吸收。同時目前大多數(shù)紫外連續(xù)流光化學(xué)石英玻璃微反應(yīng)器普遍采用LED燈作為光源,在熱管理、光能量利用、可集成性等方面受到很大限制。特別是在微反應(yīng)器上同時負(fù)載長時間紫外光輻照、高壓和高溫等復(fù)雜反應(yīng)條件,不利于上述光化學(xué)合成裝置的實(shí)用化和工業(yè)放大。而且,由于石英玻璃的硬脆性和高熔點(diǎn),利用常規(guī)微加工技術(shù)進(jìn)行三維通道的微細(xì)加工、高性能鍵合極具挑戰(zhàn)性。因此,探索一種新型的石英玻璃微通道反應(yīng)器三維制造以及匹配有效的光源熱管理途徑對于推動高性能深紫外光化學(xué)合成裝備創(chuàng)制及規(guī)?;瘧?yīng)用具有重要價值。