5月21日，Scientific Reports（科學報告）期刊發表了一項來自塔塔集團旗下科研機構關于水熱合成納米粉體的研究成果，研究人員開發了一種新型連續流動反應器，有望實現該工藝的放大連續規模化生產。

論文地址：https://www.nature.com/articles/s41598-022-11141-8

水熱合成反應釜及反應示意圖（非連續法）

水熱合成通常在間歇式攪拌釜反應器中進行。它受制于緩慢的加熱速率和較長的工藝時間，導致對顆粒特性的控制不佳。連續水熱流合成 (CHFS) 不僅解決了分批操作的一些挑戰，而且可以為連續和商業規模生產具有高度可調的粒子特性（如尺寸、形態和結晶度）的納米粒子鋪平道路。

塔塔集團的科學家們提出了一種新型的“無限”形螺旋連續流動反應器，利用前體（加壓金屬鹽）溶液MS和超臨界水SCW之間的大密度差異來提供快速混合，從而為反應動力學和顆粒生長提供均勻的條件。在這個設計中，順時針方向的螺旋轉向之后是逆時針方向的螺旋轉向，從而改變了流動方向和離心力場。據推測，這種交變力場將刺激反應物之間的強烈混合，尤其是當密度差異很大時。

兩種反應物流的流動路徑將如何交叉的示意圖

如圖所示，MS（紅色）和 SCW（藍色）流從它們各自的入口位置注入反應器。由于離心力場，較重相向外側移動并與較輕相強烈混合。當轉向反轉時，流動動力學重復，較重的相與較輕的相相互滲透，為劇烈混合創造了一個環境，被命名為無限反應堆

研究人員通過將計算流體動力學與種群平衡建模和適當的反應動力學相結合來模擬水熱合成。模擬表明三種不同的流場下降、恢復和穩定流場。這些狀態強烈依賴于前體溶液和超臨界水之間的流量比。無限反應器提供兩種不同的反應環境：螺旋的初始轉數用作促進快速混合和均勻反應的混流反應器，隨后是穩定顆粒生長的活塞流反應器。與傳統的間歇式攪拌釜反應器和T型混合器相比，它產生的顆粒具有相對較小的平均直徑和較窄的尺寸分布。

編譯 YUXI

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