清華大學(xué)與山東海澤納米材料有限公司合作，率先實(shí)現(xiàn)了膜分散微結(jié)構(gòu)反應(yīng)器可控制備納米碳酸鈣工業(yè)應(yīng)用。應(yīng)用該項(xiàng)新技術(shù)所制備的納米碳酸鈣粒徑分布窄，能耗低，二氧化碳利用率大幅度提高。該技術(shù)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，成果處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

    微結(jié)構(gòu)反應(yīng)器大規(guī)模可控制備納米顆粒屬于化學(xué)工程與納米科學(xué)的交叉領(lǐng)域，是化學(xué)工程學(xué)科的前沿方向。納米顆粒制備是非常復(fù)雜的傳遞反應(yīng)過(guò)程。若反應(yīng)器不能在極短的時(shí)間內(nèi)使反應(yīng)體系達(dá)到均勻混合，納米顆粒產(chǎn)品將出現(xiàn)粒徑分布寬、質(zhì)量不穩(wěn)定的問(wèn)題。本項(xiàng)目根據(jù)混合尺度減小可以縮短混合時(shí)間的原理，結(jié)合膜分散技術(shù)和微通道內(nèi)的薄層剪切技術(shù)，提出并發(fā)展了一種在微米尺度接觸、在毫秒量級(jí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)均勻混合的新型膜分散微結(jié)構(gòu)反應(yīng)器，并將其用于納米顆粒的可控制備。

    本項(xiàng)目成功地制備了納米碳酸鈣、硫酸鋇、氧化鈦、氧化鋯等納米顆粒，證明了該技術(shù)具有普適性；揭示了微反應(yīng)器內(nèi)微米級(jí)液滴和氣泡的生成機(jī)理和規(guī)律；利用CFD模擬等多種手段，探究了新型反應(yīng)器在毫秒級(jí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)高度均勻的宏觀和微觀混合的根本原因；利用多個(gè)參數(shù)調(diào)控了納米顆粒的尺寸；建立了新型反應(yīng)器內(nèi)納米顆粒成核、生長(zhǎng)和團(tuán)聚的理論模型；提出了膜分散微結(jié)構(gòu)反應(yīng)器的放大方法。這些研究成果豐富了微尺度傳遞理論，發(fā)展了新型微結(jié)構(gòu)反應(yīng)器，推動(dòng)了微化工系統(tǒng)與納米材料的結(jié)合。