Mangan xúc tác trùng hợp liên tục ánh sáng nhìn thấy, bước đột phá mới trong polyme tổng hợp chính xácMạng lưới Dụng cụ Hóa học

Trong lĩnh vực tổng hợp polymer,“Công nghệ Continuous”Luôn là phương hướng cốt lõi của quy mô hóa, chính xác hóa sản xuất.——Nó có thể đạt được sự pha trộn nhanh chóng, truyền nhiệt hiệu quả cao, cho phép phản ứng kiểm soát và ổn định hơn. Nhưng đề cập đến“trùng hợp cation”Kết hợp với dòng chảy liên tục, các nhà nghiên cứu thường đau đầu: các phương pháp truyền thống không chỉ làm mát ở nhiệt độ thấp, loại bỏ tạp chất nghiêm ngặt, mà còn dựa vào chất xúc tác đắt tiền và nhạy cảm, hoạt động phức tạp đến mức khiến người ta chùn bước.
Cho đến gần đây, một nhóm nghiên cứu chung của Đại học Tô Châu và Đại học Warwick đã mang lại một bước đột phá: họ đã xúc tác mangan để tạo ra cation bằng ánh sáng khả kiến.RAFTTổng hợp thành công mở rộng đến hệ thống dòng chảy liên tục, thực hiện được“Hoạt động ở nhiệt độ phòng, không cần tinh chế, kiểm soát chính xác”Tổng hợp polymer, kết quả liên quan được công bố trên tạp chí hàng đầu trong lĩnh vực polymer, mở ra cánh cửa mới cho các ứng dụng công nghiệp hóa của công nghệ trùng hợp dòng chảy liên tục!

Một,Truyền thống liên tục lưu cation tụ hợp: Khó ở đâu?

Trước nghiên cứu này, quá trình trùng hợp cation liên tục phải đối mặt với ba“Kẹp cổ”Câu hỏi:

1. Điều kiện khắc nghiệt: phải được thực hiện ở nhiệt độ thấp (cần làm mát monome và chất khởi tạo trước, toàn bộ quá trình phản ứng được đặt trong bồn tắm lạnh), tiêu thụ năng lượng cao và hoạt động phức tạp;

2. Chất xúc tác nhạy cảm: thường được sử dụngLewisChất xúc tác axit rất dễ bị mất độ ẩm, yêu cầu môi trường phản ứngrấtHà khắc;
3. 1- Tên đề tài: Giải pháp nâng cao hiệu quả đầu tư phát triển kết cấu hạ tầng thương mại (MWD) Độ chính xác của cấu trúc polyme không đủ. Những điểm đau này khiến cho các ion dương liên tục tụ hợp tuy có tiềm lực, nhưng thủy chung khó có thể phổ cập. Còn giáo sư Chu Kiện, đại học Hoa Uy, đại học Tô ChâuSébastien PerrierNghiên cứu của nhóm giáo sư, vừa vặn giải quyết chính xác những nan đề này!
Thứ hai, đột phá cốt lõi: xúc tác mangan+Ánh sáng có thể nhìn thấy, dòng chảy liên tục cũng có thể“Nhẹ nhàng và hiệu quả”

Sự đổi mới cốt lõi của nhóm, sẽ được phát triển trước đó.“Mangan xúc tác cation ánh sáng nhìn thấyRAFTTổng hợp”Hệ thống, thành công chiết xuất vào trong máy phản ứng liên tục.
Lợi thế của hệ thống này“Sinh ra để phù hợp”Liên tục:
-Thiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (Mn (CO) ₅BrLà một chất xúc tác quang học, trái đất giàu kim loại chuẩn bị, chi phí thấp và ổn định mạnh mẽ, không cần bảo vệ bầu không khí trơ, trong không khí có thể hoạt động ổn định;
-Độ hòatan nguyênthủy(25℃) Hoạt động, monomer không cần phải tinh chế nghiêm ngặt, cũng không cần khử oxy, tạm biệt tắm lạnh nhiệt độ thấp và tiền xử lý phức tạp;
-Cơ chế tập hợp đủ điều khiển: ánh sáng nhìn thấy (ánh sáng xanh)Đèn LED) Gây ra sự phân hủy chất xúc tác, tạo ra các loài hoạt động để kích hoạt polyHợp, thông quaRAFTCơ chế để đạt được sự điều chỉnh chính xác của tăng trưởng chuỗi, từ nguồn gốc đảm bảo đặc tính phân phối hẹp của polymer. Nói một cách đơn giản: Hệ thống này“tinh ranh”Các ion dương tụ lại, trở thành......“Da bền”Công nghệ liên tục, ngưỡng cửa trực tiếp kéo thấp!
Thiết bị chính: This“Lò phản ứng dòng chảy liên tục”Trông như thế nào?
Để tổng hợp hiệu quả, nhóm nghiên cứu đã thiết kế một thiết bị dòng chảy liên tục có cấu trúc đơn giản nhưng mạnh mẽ.1Hiển thị), các thành phần cốt lõi trong nháy mắt:1. Kênh phản ứng: Áp dụngSản phẩm PTFEMicroreactor (đường kính trong)1 mmKhối lượng1 mL），Sản phẩm PTFEVật liệu trơ hóa học mạnh mẽ, không tương tác với hệ thống phản ứng, và hiệu quả truyền nhiệt cao, có thể nhanh chóng dẫn nhiệt phản ứng;
2. Hệ thống nguồn sáng: lắp ráp xung quanh lò phản ứng129Ánh sáng xanh năng lượng thấpĐèn LED(Bước sóng440nm) Cường độ ánh sáng có thể điều chỉnh.3,7-38,7 mW · cm ⁻²), đảm bảo ánh sáng bao phủ kênh phản ứng đồng đều;
3. Lái xe&Thu thập: Kiểm soát tốc độ dòng chảy của chất lỏng phản ứng thông qua bơm tiêm mẫu, thu thập sản phẩm trực tiếp sau khi phản ứng, hoạt động mở toàn bộ quá trình, không cần niêm phong phức tạp. Lợi thế của thiết bị này là“Dễ dàng tái tạo”——Không có các thành phần phức tạp, các phòng thí nghiệm thông thường cũng có thể được xây dựng, đặt nền tảng cho việc mở rộng tiếp theo!

Sơ đồ1 Sơ đồ đơn vị thiết bị quang hóa liên tục
Bốn, số liệu thực trắc: có thể khống chế lại linh hoạt, quang cường định đoạt!
Nhóm đã tiến hành kiểm tra hệ thống liên tục, kết quả có thể nói là“Hoàn hảo”：
1. Thiết bị vớt váng dầu mỡ cho xử lý nước thải -PetroXtractor - Well Oil Skimmer (0,015-0,04 ml / phútThời gian phản ứng (Response time)22-57Phút, kết quả phát hiện:

-Tỷ lệ chuyển đổi tăng đều đặn với thời gian phản ứng kéo dài: tỷ lệ dòng chảy0,015 ml / phútKhi đó, tỷ lệ chuyển đổi cao tới82.0%；-mạc đường ruột muqueuses digestives (<1.2), trọng lượng phân tử đo được rất phù hợp với các giá trị lý thuyết (như tốc độ dòng chảy)0,015 ml / phútKhi đó,Mn, SEC = 10300 g / mol，Từ = 1.12）；
-Ngay cả ở tỷ lệ chuyển đổi cao, độ trung thực đầu chuỗi polymer vẫn tốt, hỗ trợ các phản ứng mở rộng chuỗi tiếp theo. Điều này có nghĩa là: bất kể hiệu quả sản xuất nhanh hay chậm, nó có thể ổn định sản lượng polymer có cấu trúc đồng nhất, tiềm năng ứng dụng công nghiệp hóa là rất lớn!
2. Cường độ ánh sáng“Điều khiển một phím”Trọng lượng phân tử, còn có thể nghịch chuyển!
Điều đáng ngạc nhiên là hệ thống này đã đạt được độ chính xác của trọng lượng phân tử.thời gianKiểm soát:
-Độ hòatan nguyênthủy(0,03 ml / phút) Cường độ ánh sáng từ3,7 mW · cm ⁻²Nâng lên38,7 mW · cm ⁻²Trọng lượng phân tử polymer từ6100 g / molTăng dần lên.10100 g / mol；
-Quay lại cường độ ánh sáng.3,7 mW · cm ⁻²Trọng lượng phân tử có thể giảm xuống.6000 g / molTrái phải, điều khiển có thể nghịch lại mà chính xác.
Công nghệ này, bò ở đâu?
So với việc hội tụ ion dương liên tục truyền thống, lợi thế của công nghệ này có thể nói“Giảm chiều tấn công”：

Ngoài ra, nó còn là một“Tập hợp hàng loạt”Với“Tập hợp liên tục”Lợi thế kép: vừa có thể nhanh chóng tối ưu hóa các điều kiện trong phòng thí nghiệm nhỏ, vừa có thể phóng to trực tiếp đến sản xuất công nghiệp, đạt được“Từ thử nghiệm nhỏ đến sản xuất hàng loạt”Nối liền không kẽ hở.

Tương lai có thể: không chỉ tập hợp, mà còn tổng hợp mô hình mới
Ý nghĩa của nghiên cứu này vượt xa việc phát triển một quy trình liên tục mới:
-Đối với“trùng hợp cation+Liên tục”Cung cấp các giải pháp nhẹ nhàng, có kiểm soát phá vỡ giới hạn của công nghệ truyền thống;
-Tính linh hoạt của quy định cường độ ánh sáng, cung cấp sự tổng hợp chính xác của các polyme có trọng lượng phân tử khác nhau“Chuyển đổi một nút”KhảCó thể;

-Máy tính có thể điều chỉnh cường độ ánh sáng, hy vọng vớiAIThuật toán kết hợp, thực hiện“Thiết kế theo yêu cầu-Tổng hợp tự động”Chuẩn bị polymer thông minh.
Kết luận
Với các trường hợp quang hóa liên tục cấp công nghiệp trưởng thành, lò phản ứng ống được phát triển để sản xuất vitamin được kiểm soát bởi cường độ ánh sáng chính xác để tăng năng suất sản phẩm15%-25%Công suất nâng cao hơn thiết bị truyền thống3-5Gấp đôi.Vì một loại thuốc nào đó.Lò phản ứng quang nồi hấp liên tục được thiết kế bởi doanh nghiệp đặt thời gian phản ứng trung gian từ 12 Giảm xuống còn vài giờ.2 Giờ, năng suất từ35%Nâng lên60%Năng lực sản xuất hàng năm500 Hàng tấn. Những trường hợp này thể hiện lợi thế cốt lõi của công nghệ Brillis:Hệ thống PLCKiểm soát thông minh (biến động thông số)≤±1%), vật liệu thạch anh truyền ánh sáng cao (tỷ lệ truyền ánh sáng)95%), Thiết kế mô-đun (hỗ trợ chuỗi đa nồi hấp/song song), cũng như các đặc tính môi trường xanh (giảm tiêu thụ năng lượng)40%), tọa độ&phương trình ( Giới thiệu2025 Trong năm, Brillis đã thiết lập hợp tác với Huarun Shuanghe, Chiết Giang XinHe Cheng và các doanh nghiệp khác để thúc đẩy ứng dụng quy mô lớn của công nghệ quang hóa liên tục trong y học, năng lượng mới, bảo vệ môi trường và các lĩnh vực khác.

Tài liệu tham khảo:Jiajia Li et al., Mangane-Catalyzed Batch and Continuous Flow Cationic RAFT Polymerization Induced by Visible Light, Polym. Hóa học. & WRAP.