微通道反应器与传统反应器相比具有传质效率高、副产物少、扩增效果小、反应时间相对短、安全性高、反应绿色化等优点，实现了现代化工技术的创新，因此反应器的改进是发展精细化工技术的关键问题。迄今为止报道的微通道反应器[1-2]的内部通道的特征尺寸通常为10~1000μm之间，比表面积可达1-5万m2/m3。在微通道反应器中，缩短流体传递距离实现快速传质，减小温度梯度实现高效传热[3-4]。小的微通道特征尺寸和短的反应物停留时间可以精确地控制传质过程。例如，一些反应可以控制在毫秒内完成，从而使反应接近内在的动力学控制范围。与传统反应器相比，微通道反应器具有显著的优势，可以实现反应过程中副产物的显著减少和产品纯度的提高，微通道反应器的应用是现代化工发展的主要趋势。因此，需要使用微通道反应器来实现精细化学过程的改进。微通道反应器还可分为气固相催化微通道反应器、液液相微通道反应器、气液相微通道反应器、气液固三相催化微通道反应器等。微通道反应器具有生产装置方便灵活、连续化运行、高度集成化、数量放大、独特的流动行为等特点。微通道反应器可以应用于包括有机合成反应、纳米材料制造[6]等的微细化工[5]、医药等

01、微通道反应器在纳米材料合成中的使用

有机合成在微通道反应器的主要应用至关重要，新兴的纳米材料作为多相混合反应系统也可以通过微通道反应器高效合成。微反应器所具备的微米级通道使反应物在溶剂中实现快速、充分的混合，反应物在毫秒内就能实现完全的混合，这是传统反应器远远达不到的，传统反应过程中的反应物混合不均匀、不充分解决了反应时间过长等问题，微通道反应器实现了合成过程中原料总反应进度中单位时间的均匀充分接触，解决了纳米材料合成过程中易出现的产物性能差、形态不均匀和生产率低等问题较好地实现了目标产物形态和粒径的控制，微反应器放大效果小，通过实验室微试实验充分有力的模拟探究，将其扩大到化工生产中基本上传统技术不存在的放大效果解决了微试验反应难以实现高效工业化生产的问题，易于扩大生产，微通道反应器设备通道外冷却接触面积大等优点可有效提高传质热效率[7]实现微通道反应器在纳米材料合成中的广泛应用迫在眉睫。

1.1T型微通道反应器

微反应器应用于纳米材料的合成，可以更好地实现粒径控制。2014年，Rubio-Martinez等[8]采用微反应器实现了大流量连续合成UiO-66（锆1、4-羧基苯、金属有机框架）材料，将连续流动生产扩大到大型反应器，该反应器的合成产量由2g/h大幅提高到60g/h。

2017年，Wang等人[9]利用微反应器流动反应策略，制备了分级多孔锆金属有机骨架（UiO-66），实现了UiO-66材料的连续合成。通过调整停留时间，可以容易地调整中孔的尺寸，可以很好地控制产物的粒径和形态，随着停留时间的增加，框架中缺失的节点通过自修复程序被修复。

在上述研究中使用的是一种比较简单的TT型微反应器，该反应器作为微反应器的初始产品，可以通过通道尺寸大、在反应器内部产生高浓度的碰撞区域来进行强化传递。目前研究比较成熟的反应器是内交叉指型反应器，内交叉指型微反应器的优点是同时将流体分为多层，大大增加反应物流体之间的接触面积，使反应物在反应器中混合更均匀，反应时间大大缩短。

2019年，Wang等[10]采用内交叉指型微通道反应器连续合成UIO-66材料，通过考察温度、总进料流量、停留时间等条件对合成过程及产物的影响，实现了一系列纳米级UIO-66的连续合成，连续微通道法强化了材料间的混合大大提高了生产效率。

2022年，Yu等人[11]通过微通道反应器，以白酒为溶剂合成MOFs材料ZIF-67，通过高温分解Co@N-CORR用作催化剂的催化剂具有良好的电催化性能。

目前，纳米材料的进一步应用需要大规模准备。在一些系统中，典型的批量处理过程的扩展可能导致合成不成功或质量变低，而将连续流动化学作为通用合成纳米材料的方法可以解决这个问题。通过工艺优化可以产生前所未有的生产效率，不损害产品质量，或者在产量情况下很好地控制颗粒的尺寸和形态，提高产品在应用方面的性能。

02、微通道反应器面临的问题

2.1微通道阻塞问题

微通道反应器目前面临的主要问题是阻塞问题[12]。特别是在反应过程中反应物中存在固体时，其中固体含有反应物、催化剂或产物，纳米材料产物一般为固体，粒子大时容易发生堵塞，或者反应物为密度高的液体时也容易因粘稠而发生堵塞阻塞现象的发生会影响液体流动，增加反应容器的压力，影响微通道反应器的使用寿命。堵塞可分为结晶、颗粒、化学反应、腐蚀、生物污染、气泡等。微通道反应器闭塞后，流道过细，清洗困难。

清洗微通道板可以通过物理和化学方法解吸吸附在微通道板表面上的污染物来实现微通道板的清洗。物理方法是利用光、电、热等使污染物获得能量，例如进行超声波清洗，通过自身振动从基体脱离，化学清洗方法是使用化学溶剂清洗微通道反应器使用有机溶剂或清洗液溶解污染物以清洗管道和微通道反应器板。

微通道反应器由于通量问题，在泵的选择面、体积流量的选择面以及后续板的选择面与各工艺步骤的连接处后续反应过程可能会出现问题，需要随时调整反应过程的适合性以适当和适当地调整反应过程。例如，精馏装置不适于使后续过程成为间歇过程或在两个过程之间加入缓冲单元。

微通道反应器作为精密化学仪器，化学反应工艺无论对反应管路还是对微通道反应器板对其精密性、准确性、密封性、耐压性及耐腐蚀性都有较高的要求。微通道反应器的制造技术比较成熟，但开发简化的制造技术，降低制造成本仍然是一项艰巨而紧迫的任务。

03、总结

微通道反应器具有反应时间短、无放大效果、生产率高、传质效率高、副产物少、安全性高、反应绿色化等显著优势，在精细化学、医药、生物化学等方面有着广泛的应用。微通道反应器除了在有机合成和医药方面应用广泛外，今年以来在纳米材料工业化生产方面也具有重大突破力，通过微通道反应器成功制备纳米材料，有效控制了纳米材料的尺寸和形态。微通道反应器在纳米材料工业化生产中有望有更大的发展，同时也面临着巨大的挑战。