Millifluidic устройства используются для контролируемого синтеза наноматериалов, с временным разрешением анализа механизмов реакций и непрерывного катализа потока.
Процедуры, использующие millifluidic устройства для химического синтеза и временным разрешением механистических исследований описываются принимая три примера. В первой, синтез ультра-малых нанокластеров меди описано. Второй пример предоставляет их полезность для исследования времени решены кинетики химических реакций на основе анализа формирования наночастиц золота с использованием месте рентгеновской абсорбционной спектроскопии в. Последний пример демонстрирует непрерывный поток катализ реакций внутри millifluidic канала, покрытых наноструктурированного катализатора.
Лаборатория-на-чипе (LOC) устройства для химического синтеза продемонстрировали значительное преимущество в плане повышения массо-и теплопередача, удобство управления реакции, высокой пропускной способностью и более безопасной эксплуатации окружающей среды 1. Эти устройства могут быть в целом разделить на чип на основе струйной и nonchip основе жидкостных устройств. Среди струйной чиповых, микрофлюидики хорошо исследованы и тема хорошо освещены в литературе 2-5. Системы LOC Nonchip основе использовать трубчатых реакторов 6. Традиционно, микрофлюидных системы используются для точного контроля и манипуляции жидкостей, которые геометрически ограниченных в субмиллиметровом масштабе. Мы недавно ввели понятие чиповых millifluidics, которые могут быть использованы для манипулирования жидкости в каналах в миллиметровой шкале (ширины или глубины или оба из каналов, по меньшей мере миллиметра) 7-9. Кроме того, millifluidic чипы могут быть сравнительно легко изготовить бееле предлагая такой же контроль над скорости потока и манипулирования реагентов. Эти чипы также могут работать при более высоких скорости потока, создавая меньшие время пребывания, тем самым, предлагая возможность для расширения масштабов контролируемого синтеза наночастиц с узким распределением по размерам. В качестве примера, мы недавно продемонстрировали синтез ультра-малых нанокластеров меди и характеризуется их с помощью месте рентгеновской абсорбционной спектроскопии в, а также ТЭМ. Возможность получить небольшие времени пребывания в millifluidic каналов в сочетании с использованием MPEG, который является очень эффективным бидентатный пегилированный стабилизирующий агент для образования стабильных коллоидов нанокластеров меди 7.
В дополнение к синтезу химических веществ и наноматериалов, в millifluidics могли бы предложить, в связи с увеличением объема и концентрации на участке зонда, синтетического платформу, которая является более обобщенной и эффективным для временным разрешением кинетических исследований, а также достижимVES лучший сигнал-шум, чем микрофлюидных систем 7,10. Покажем использование millifluidic чип в качестве примера для времени решены анализа роста золота наноструктур из раствора с помощью на месте XAS с временным разрешением, как маленький 5 мс 11.
Кроме того, большинство микро реакторов, разработанных на сегодняшний день для катализа приложений основаны на кремниевой 12,13. Их изготовление дорогой в дополнение к малых объемов генерируемых делает их непригодными для крупномасштабного производства. Два основных способа покрытия каналов с нанокатализаторов – химических и физических, часто упоминается как процедуры кремния покрытия, в настоящее время в моде 14,15. В дополнение к дорогого микро изготовления, засорение каналов делает микро реактор катализа, могут не подходить для крупномасштабного производства. Хотя микрореакторы были использованы для гетерогенного катализа в микро непрерывных проточных процессов earliэ 16-18, способность контролировать размер и морфология встроенных катализаторов золото наноструктурированных внутри каналов проточных никогда не изучен ранее. Недавно мы разработали технологию для покрытия millifluidic каналов с Au катализаторов, с контролируемой нано морфологию и размеры (рис. 5) 11, для проведения катализ промышленно важных химических реакций. В качестве примера мы показали превращение 4-нитрофенола в 4-аминофенола, катализируемой наноструктурного золота, покрытого внутри millifluidic каналов. Учитывая, что один millifluidic чип реактор может производить скорости потока 50-60 мл / ч, 7 высокой пропускной и контролируемого синтеза химических веществ можно либо через непрерывной работы потока или параллельной обработки.
Для того, чтобы заработать на возможностях в millifluidics предлагают, с нескольких примеров, описанных как и выше, также демонстрируют дружественныйmillifluidic устройство, которое является портативным и обладает все необходимые компоненты, такие как millifluidic чипов, коллекторы, регуляторы потока, насосов и электрических соединений интегрированы. Такой millifluidic устройство, как показано на рисунке 7, теперь доступен от компании Millifluidica LLC ( www.millifluidica.com ). Рукопись также обеспечивает протокола с ручной millifluidic устройство, как описано ниже, для контролируемого синтеза наноматериалов, с временным разрешением анализа механизмов реакций и непрерывного катализа потока.
В UCNCs были сформированы реакции восстановления нитрата меди боргидридом натрия в присутствии полимерного укупорки агента O-[2 – (3-меркаптопропиониламино) этил]-O'-methylpolyethylene гликоля (MW = 5000) [MPEG]. Реакцию проводили в реакторе millifluidic стружки при различных скорости потока, такие как 6,8 мл / ч, …
The authors have nothing to disclose.
Эта работа поддерживается как часть Центра атомного уровня Catalyst дизайна, научно-исследовательский центр пограничной энергии, финансируемого Департаментом энергетики США, Управление по науке, Управления основной энергии наук при Award Количество DE-SC0001058 а также при поддержке Совета Риджентс по грантам награждения числа LEQSF (2009-14)-EFRC-МАТЧ и LEDSF-EPS (2012)-OPT-IN-15. Операции MRCAT поддерживаются Министерством энергетики и учреждений-членов MRCAT. Использование передовых фотонных Источник в ANL поддерживается Министерством энергетики США, Управление по науке, Управления основной энергии наук, по договору № DE-AC02-06CH11357. Финансовая поддержка JTM была предоставлена в рамках Института Атом-эффективных химических превращений (IACT), в научно-исследовательский центр энергии пограничной финансируемого Департаментом энергетики США, Управление по науке, Управления основной энергии наук.
Copper (II) nitrate hydrate | Sigma-Aldrich | 13778-31-9 | 99.999% pure |
O-[2-(3-mercaptopropionylamino)ethyl]-O′-methylpolyethylene glycol | Sigma-Aldrich | 401916-61-8 | MW=5,000 |
HAuCl4.3H2O (Chloroauric acid) | Sigma-Aldrich | 27988-77-8 | 99.999% pure |
meso-2,3-dimercaptosuccinic acid (DMSA) | Sigma-Aldrich | 304-55-2 | ~98% pure |
4-Nitrophenol | Sigma-Aldrich | 100-02-7 | spectrophotometric grade |
4-Aminophenol | Sigma-Aldrich | 123-30-8 | >99% pure (HPLC grade) |
Sodium borohydride | Sigma-Aldrich | 16940-66-2 | 98% pure |
Sodium hydroxide pellets | Sigma-Aldrich | 1310-73-2 | 99.99% pure |
[header] | |||
EQUIPMENT | |||
Millifluidic Chips | Microplumbers Microsciences LLC | SDC-01 | Made from polyester terephthalate polymer |
Pressure Pump | Mitos P-Pump, Dolomite | 3200016 | |
Automated Syringe Pump | Cetoni Automation and Microsystems, GmbH | Syringe pump neMESYS | |
UV-3600 UV-VIS-NIR Spectrophotometer | Shimadzu | ||
Hand-held Millifluidic Device | Millifluidica | SCMD-1008 | Figure 7 |