微通道内催化表面气泡生长及脱离的可视化实验

叶丁丁1,2，相威2，朱恂1,2，李俊1,2，廖强1,2

【摘要】摘要：采用聚二甲基硅氧烷材料（PDMS）制备矩形截面的微通道，并在微通道壁面上沉积MnO2作为催化剂，采用高速摄影仪对通流过程中过氧化氢催化分解生成氧气气泡的过程进行了可视化实验研究，分析了反应物的浓度和流量对气泡生长速度及脱离直径的影响。结果表明：气泡在微通道内催化表面的生长及脱离过程呈周期性变化的趋势；气泡生长可以分为快速生长和缓慢生长两个阶段，当t＜3 s时气泡处于快速生长阶段，催化反应主要受动力学控制，当t≥3 s时扩散控制占主要地位，气泡生长速度随反应物浓度的升高而增大；气泡脱离直径受反应物浓度影响较小，受反应物流量影响较大，而且随液相反应物Reynolds数的增大线性降低。

【期刊名称】化工学报

【年(卷),期】2014(000)012

【总页数】6

【关键词】微通道；催化；反应；气泡生长；脱离直径

引言

近年来，随着微加工技术的迅猛发展，微反应器因具有比表面积大、传质系数高、反应时间短等优点，在能源、化工及生物等领域引起广泛的关注[1-4]。气-液-固三相微反应器是最为常见的微反应器形式之一，液相反应物进入微通道后，在微通道壁面处发生催化反应，产生气泡，在微通道内形成气液两相流动。与大尺寸通道相比，微通道内气泡的存在对其周围流动产生的影响更加剧烈[5-7]，而且微通道内表面张力和壁面特性作用更为显著，若气泡在微通道内聚集，