连续流催化反应器、其组装方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种连续流催化反应器、其组装方法及应用。所述的连续流催化反应器包括反应容器、封装于所述反应容器内的填料以及带电荷的催化组分，所述催化组分在直流电场作用下被固定于所述填料上。所述的连续流催化反应器可以应用于单糖差向异构化反应等连续流反应。本发明专利技术的连续流催化反应器具有结构简单、可无人值守，操作安全方便等优势，且在应用于连续流反应的过程中，由于催化组分被直流电场所固定，不会随产物流出，节省了催化剂的分离步骤，提升了催化剂的利用效率。

Continuous flow catalytic reactor, its assembly method and Application

【技术实现步骤摘要】
连续流催化反应器、其组装方法及应用
本专利技术具体涉及一种连续流催化反应器、其组装方法及应用，例如在单糖差向异构化反应中的应用。
技术介绍
传统釜式液相反应解决了大量化工产品需求的问题，但也存在很多自身难以克服的缺点，如安全隐患、环境污染、能源消耗巨大、产品质量不稳定、占地面积大以及工艺放大困难等(化学进展，2016，28(6):829-838)。连续流反应以其独特的混合方式、高效的传质传热、低溶剂需求恰好解决了这些难题。“连续流化学”或称为“流动化学”，是指通过泵输送物料并以连续流动模式进行化学反应的技术。近20年来，连续流反应技术在学术界和工业界越来越受到人们的欢迎，它的优势主要体现在：(1)反应器尺寸小，传质传热迅速，易实现过程强化；(2)参数控制精确，反应选择性好，尤其适合于抑制串联副反应；(3)在线物料量少，微小通道固有阻燃性能，小结构增强装置防爆性能，操作安全；(4)连续化操作，时空效率高；(5)容易实现自动化控制，增强操作的安全性，节约劳动力资源(中国医药工业杂志，2017,48(4)：469-482)。液相的连续流反应多为催化反应，一般将催化剂与原料预混后通入反应器进行反应。如果将催化剂固定在反应器中，可以节省催化剂分离步骤，减少催化剂的流失，提升其利用效率，延长其使用寿命。常用的催化剂固定方法为物理吸附法和化学成键法。CN101033192A公开了一种硝酸硝化苯生产一硝基苯的连续流反应方法，通过浸渍将金属氧化物负载到MFI拓扑结构分子筛与拟薄水铝石上，然后压制成型为固定床催化剂；Biggelaar等通过共价键将ω-转氨酶通过固定在3-氨丙基三乙氧基硅烷改性的多孔氧化硅上，用于对映选择性氨基转移的连续流反应(Catalysts，2017，7(54)：1-13)；等利用离子键将钼酸根离子固定在阴离子交换树脂上，用于葡萄糖到甘露糖的差向异构化反应(AppliedCatalysisA，2008，334(1–2)：112-118)。尽管从如此，催化活性组分与载体结合力有限，在连续流反应中易溶进液相介质而损失活性，导致催化剂寿命有限。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种连续流催化反应器、其组装方法及应用，从而克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种连续流催化反应器，包括反应容器以及封装于所述反应容器内的填料；其特征在于：所述连续流催化反应器还包括带电荷的催化组分，所述催化组分在直流电场作用下被固定于所述填料上。本专利技术实施例还提供了所述连续流催化反应器的组装方法，包括：将填料装入反应容器，并将反应容器的液流入口和液流出口均以纤维封堵物封堵，所述纤维封堵物可使液流通过但阻挡所述填料；将所述反应容器的液流入口、液流出口与直流电源的正极或负极电连接，并将所述直流电源的负极或正极与所述填料的中间部分连接；将包含带电荷的催化组分的溶液自所述液流入口输入反应容器后，再由所述液流出口输出，从而使所述的催化组分被固定在所述填料上。本专利技术实施例还提供了连续流催化反应器于单糖差向异构化反应中的应用。本专利技术实施例还提供了一种单糖差向异构化反应方法，包括：提供所述的连续流催化反应器；将所述的连续流催化反应器与直流电源电连接，从而形成所述的直流电场；以及将反应容器加热至目标温度，并将单糖溶液自所述反应容器的液流入口输入，再从所述反应容器的液流出口收集包含有目标产物的溶液。较之现有技术，本专利技术的连续流催化反应器利用直流电场将带电荷的催化组分固定在填料上，构成固定床催化剂。在目标温度下输入反应溶液，在催化组分的作用下发生反应，进而连续得到目标产物。在此过程中，由于催化组分被直流电场所固定，不会随产物流出，节省了催化剂的分离步骤，提升了催化剂的利用效率。利用该反应器，可以利用氧化钼量子点或钼酸根离子等作为催化组分，实现单糖差向异构化的连续反应。此外，外加直流电场可能会促进某些对电场敏感的化学反应。附图说明图1为本专利技术实施例1中一种连续流催化反应器的结构示意图。具体实施方式鉴于现有技术的不足，本案专利技术人经长期研究和实践，得以提出本专利技术的技术方案，如下将予以更为详细的解释说明。本专利技术实施例提供的一种连续流催化反应器，包括反应容器、封装于所述反应容器内的填料以及带电荷的催化组分，所述催化组分在直流电场作用下被固定于所述填料上。在一些实施方式中，所述反应容器为管状结构。在一些实施方式中，所述反应容器是玻璃材质的，当然也可以为其它材质，例如陶瓷材质、有机材质的，等等。在一些实施方式中，所述填料包括活性炭、离子交换树脂中的任意一种或两种的组合，且不限于此。在一些实施方式中，所述催化组分包括量子点，例如可以是氧化钼量子点。在一些实施方式中，所述催化组分包括钼酸根离子、氢氧化铁胶体粒子，但不限于此。在一些实施方式中，所述反应容器的内径为1.5～2厘米，长度为50～80厘米，容积为100-200毫升。在一些实施方式中，所述填料的颗粒尺寸为10～50目，并且所述填料的总质量与所述反应容器的容积的质量体积比为50～120克：100～200毫升。在一些实施方式中，用于形成所述直流电场的直流电源的电压为5～50伏特。本专利技术实施例还提供了前述任一种连续流催化反应器的组装方法，其包括：将填料装入反应容器，并将反应容器的液流入口和液流出口均以纤维封堵物封堵，所述纤维封堵物可使液流通过但阻挡所述填料；将所述反应容器的液流入口、液流出口与直流电源的正极或负极电连接，并将所述直流电源的负极或正极与所述填料的中间部分连接；将包含带电荷的催化组分的溶液自所述液流入口输入反应容器后，再由所述液流出口输出，从而使所述的催化组分被固定在所述填料上。在一些实施方式中，所述纤维封堵物包括玻璃棉或石英棉等，但不限于此。在一些较为具体的实施例中，可以将填料装入反应管，两端用玻璃棉或石英棉封堵，填料中间部分短接直流电源正极或负极，两端玻璃棉或石英棉短接相反电极，通电后，将一定体积含催化组分的水溶液从反应管一端泵入，另一端泵出。在一些实施方式中，所述直流电源的电压为5～50伏特。在一些实施方式中，所述包含带电荷的催化组分的溶液为量子点溶液。在一些实施方式中，所述量子点溶液的浓度为0.5～1克/升，流量为0.2～1毫升/分钟。在一些实施方式中，所述包含带电荷的催化组分的溶液为含有氢氧化铁胶体粒子或钼酸根离子的溶液。本专利技术实施例还提供了前述任一种连续流催化反应器于单糖差向异构化反应中的应用。本专利技术实施例还提供了一种单糖差向异构化反应方法，其包括：提供前述的任一种连续流催化反应器；将所述的连续流催化反应器与直流电源电连接，从而形成所述的直流电场；以及将反应容器加热至目标温度，并将单糖溶液自所述反应容器的液流入口输入，再从所述反应容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续流催化反应器，包括反应容器以及封装于所述反应容器内的填料；其特征在于：所述连续流催化反应器还包括带电荷的催化组分，所述催化组分在直流电场作用下被固定于所述填料上。/n

【技术特征摘要】
1.一种连续流催化反应器，包括反应容器以及封装于所述反应容器内的填料；其特征在于：所述连续流催化反应器还包括带电荷的催化组分，所述催化组分在直流电场作用下被固定于所述填料上。


2.根据权利要求1所述的连续流催化反应器，其特征在于：所述反应容器为管状结构；和/或，所述反应容器是玻璃材质的；和/或，所述填料包括活性炭、离子交换树脂中的任意一种或两种的组合；和/或，所述催化组分包括量子点，所述的量子点包括氧化钼量子点；或者，所述催化组分包括钼酸根离子或氢氧化铁胶体粒子。


3.根据权利要求2所述的连续流催化反应器，其特征在于：所述反应容器的内径为1.5～2厘米，长度为50～80厘米，容积为100-200毫升；和/或，所述填料的颗粒尺寸为10～50目，并且所述填料的总质量与所述反应容器的容积的质量体积比为50～120克：100～200毫升。


4.根据权利要求1所述的连续流催化反应器，其特征在于：用于形成所述直流电场的直流电源的电压为5～50伏特。


5.如权利要求1-4中任一项所述连续流催化反应器的组装方法，其特征在于包括：
将填料装入反应容器，并将反应容器的液流入口和液流出口均以纤维封堵物封堵，所述纤维封堵物可使液流通过但阻挡所述填料；
将所述反应容器的液流入口、液流出口与直流电源的正极或负极电连接，并将所述直流电源的负极或正极与所述填料的中间部分连接；
将包含带电荷的催化...

【专利技术属性】
技术研发人员：张业新，张建，陈慧，杨杰，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33