CN1289399A - 用于光学增强化学反应的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

利用一适合频率的光来完成化学反应,所述的光最好经由光纤提供给一个或多个具有与反应物接触的发光表面的光提取器。光在传输之前可以被聚集。可以在容器中设置若干波导和一系列这样的光提取器。

Description

用于光学增强化学反应的方法和装置
本发明涉及一种促进或增强化学反应的方法，并且涉及一种用于进行这样的光-促进或光-增强化学反应的反应器或装置。
在光化学技术中使用光促进化学反应早就是已知的，例如，人们知道利用光化辐射促进聚合反应。人们还知道利用选择某些频率的光去诱导化学分解或化学交换、取代或置换反应。
就本申请而言，诸如“促进”、“催化激活”和“增强”这些术语，在打算让它们表达激活一化学物质、以便于诱导、保持或促进化学反应的范围内，往往是等效的，并且表示反应可以部分地或整体地被所提供的具有光能的光子引发，还表示光子可以在反应被光催化剂或其他手段引发后保持该反应，或者表示光子提供了另外某种使化学反应得以继续的作用。
在过去，人们业已认识到许多化学反应涉及到在一个或多个分子中存在允许将这种分子分解成为新的化合物的一特定化学键的特殊“开口”。通常，只有在催化基质，典型的是过渡金属或它们的氧化物，特别是铂族金属上进行这种反应，这种反应才能比较容易地进行下去。据信这些基质的中间作用是激活目标电子轨道使反应能够进行，而这种基质本身并不参加反应。这种催化反应常常会因杂质而被抑制，指的是摧化基质上的活性点被永久键合，要不然就是受到“有毒”物质的作用。光增强化学反应可以被认为是经过轨道电子的中间激活或分子物质的完全离子化而被催化的反应。尽管用于增强化学反应速率的光辐射在工业中尚未全面推广开，人们可以将许多聚合工艺列入光增强催化工艺一类。因此，使用光增强化学反应是众所周知的。
在应用光增强化学反应过程中所遇到的问题之一是由于这样的事实，即，如果光源包含确实有益于给定化学反应的波长，而处于这些波长下的光，通过与轨道电子的相互作用、通过分子的离子化或通过连接在各种主体化合物或聚合物主链上的基团之间的化学键之选择性断裂而被反应物吸收。这就将这样的光激活型工艺限制在只能用于相当薄的膜，到目前为止一直不能大规模地进行这样的光激活化学反应或光增强催化反应。
因此，本发明的主要任务是提供一种改进的光增强化学反应的方法。
另一个任务是提供一种可以增强化学反应的反应器。
本发明的再一个任务是克服早期的光化学反应系统的缺陷，特别是它们仅限用于薄膜这样的缺陷，以便能够在反应物实体内完成光催化促进或增强反应，而不是仅仅在它们的薄膜上进行。
本发明的还有一个任务是克服已有技术的反应系统和方法的缺陷。
现已发现：在本人的1996年9月30日递交的、题为“高效化合物抛物线聚光器和光纤供能的管灯发光器(High efficiencyCompound Parabolic Concentrator and Optical Fiber PoweredSpot Luminaire)”、申请号为08／724，069的同处未决状态的美国专利申请和本人当前所拥有的、题为“源于光导和光纤的可控光提取器(Controlled Light Extraction from Light Guides and fibers)”的美国专利US5222795中所揭示的某些原理用于促进或增强化学反应、以便克服已有技术的缺陷是极为有利的。更具体地讲，本发明的方法包括以下步骤：
(a)使反应容器中的至少一种化学反应物实体与至少一种光提取器接触，该光提取器具有一个在至少一个方向上延长的发射表面并能够在该光提取器的整个长度范围内发光；
(b)在所述的容器的外侧的一个位置产生光并且包括可以促进同反应物之反应的至少一种光频率的光；以及
(c)调整所产生的光，并将该光频率的光传送给光提取器。
该装置可以是一个用于进行一化学反应的反应器，该反应器包括：
一个接纳至少一种化学反应物实体的容器；
至少一个处在容器上的光提取器，该光提取器具有一个在至少一个方向上延长的发射表面并能够在其整个长度范围内发光，该化学反应物实体与所述的表面接触；
处在所述的容器的外侧、用于产生光并且包括至少一种可以促进与反应物之化学反应的光频率的光的装置；以及
处于用于产生光的装置和光提取器之间的、用于调制所产生的光，并将该频率的光传送给光提取器的装置。
根据本发明，与反应物相容并且可以从中在其整个长度范围内提取光的光提取器可以具有美国专利US5222795中所描述的构造。对几个光提取器之间的间隔进行选择，以便优化光通量的利用以及光提取器和从其中所发出的光的频率的设计。所述的间隔的优化设置是根据反应物的吸收光谱做出的。
应指出，尽管在已有技术中业已提及过某些光激活反应，具体讲，例如各种聚合物的UV加速聚合，这些光加速反应一直限于容易被激活辐射穿透的相当薄的层，并且光源损耗极大。光源的损耗是由于这样一种因素，即从点光源提供大面积的恒定光通量是极为困难的。因此，由于有效传送和激活作用于反应物的辐射源的受控方式的困难，故通过将激活辐射和光调节到所涉及的特定分子的激发电位或反应物的特定的化学键对反应物的化学反应速率进行光控的技术一直没有实用到我们知识的最高水平。更进一步讲，使用对反应物种的选择性激发使得反应难以进行，或者对于已有技术是完全不能接受，因此，实际上应提供用于不使用任何催化基质的催化反应的装置。
尽管在本发明的一个优选的实施例中使用的是美国专利US5，222，795中所描述的提取光纤，或光波导，但是显然使用其他的光提取器，尽管效率并不是很高，也是可以的。Mori<美国专利US4，460，940；4，471，412和4，822，123>和Cheslak(美国专利US4，765，701)业已介绍过其他的光提取器。
根据本发明的特性，在两种化学反应物在通过由所产生的光的调节引起的那种光频率的光所允许的化学反应中反应时，这些反应物中的至少一种、最好两种是沿所述的光发射表面并因此是沿所述的那个光提取器或那些光提取器通过的。可以将来自光发生器和光调节器的光至少部分地通过光波导传送给光提取器，所产生的光的调节可以包括以下步骤，即在光通过光波导之前使用一个聚光器聚光。所产生的光的调节还可以包括使用窄带通滤光器或分色遮光器，或者能改变或控制光的光谱质量的有源光学装置。通常，将多个这样的提取器设置在容器中并且由相应的光波导提供传送给提取器的光。
根据本发明并且如以下更为详细地描述的那样，所述的那些提取器可以具有带发射表面的芯体，而该发射表面可以仅是该芯体一有限部分上的提取区。其折射率低于芯体折射率的一覆盖层可以覆盖住芯体的非发射部分。该覆盖层被选择得用于改善从芯体提取光并且还可以将覆盖层用做化学反应物和芯体之间的化学阻挡层。
按照一种有利的结构，所述的提取器呈条形并且处在至少一个共平面阵列中或者呈一系列相互平行的板状。按照另外一种结构，光提取器可以是管状的，而光被提取送入管的空腔，以便在管状结构中完成涉及反应物流的反应。
通过以下参照附图所作的说明，以上的及其他的任务、特征和优点将变得更为清楚。在这些附图中：
图1是说明本发明的原理方框图；
图2是用于可以带有不同类型的发光器或者每一个反应器有独立的发光器的一个或多个光反应器之发光系统的示意图；
图3是显示根据本发明的反应器的局部剖开的透视图；
图4是沿图3的Ⅳ-Ⅳ线的剖视图；
图5是沿图3的Ⅴ-Ⅴ线的剖视图：
图6是串的两个管状化学反应器的透视图；
图7是通过图6的反应器之一的剖视图；
图8是通过根据本发明包覆线或纱的反应器的示意性垂直剖视图。
图1示出可以用于本发明的光化学反应器的一个典型的发光系统的方框图。该方框图包括一光源11、一光调节系统12、光传输装置13和在反应器中使用的光提取器14。
光源要选择得具有在所需要的反应中有效的波长，如果需要两种化合物反应，而且，为了使反应进行，需要某些现有的键断裂或打开，或需要激活参与形成一键的特定的电子，这样的键或电子的激活能将对应于激活光的波长。在一些情况下，可以利用一广谱光源<特别是在聚合反应中>，在另外一些情况下，非常窄的光谱分布可能是理想的<例如在需要获得某种分子的激活原子团或离子化状态而又不使其他的原子团被激活或离子化>。在前一种情况，光源可以是高强度放电光源，而在后一种情况，可以是在适合的波长下发射的激光。显然，为了从白炽光源<广谱>获得一窄光谱分布，可以使用滤光器或色散器件，例如光栅，各种等离子等。后面这些器件可以是光调节单元12的一部分，或者光源本身取决于具体的应用。
而后，调节光并将光导入一束光纤或其他光传输器件。光的调节可以包括将一个滤光器或分色镜置于光源和光传输系统之间。光调节系统可以包括一个聚光器，以减小光束的横断面，以便能够使用一较小横断面的光传输系统。聚光器可以是一适合的透镜或根据以上所引用的文献技术为一复合式抛物面聚光器。例如，可以通过设置一个适合的反射器<特别是点光源>在光源器件中获得部分的光调节功能。
光传输系统13是可以任意选择的，并且是用在光源和光化学反应器之间存在一定的距离时。在某些实施例中，调节后的光可以直接与光提取器Ⅰ4耦合。
图2示出一种典型的发光系统10。如所能看到的那样，一个或多
个光源18和19与一光纤束20耦合，而后，所述的光纤束为各种发光设备或光提取器15、16和17供给能量。
光提取器，或者如同我们对它们的称呼那样，发光装置，是根据美国专利US5，222，975和其他的未决专利中的技术制成的。光提取器可以制成固态管状17、沿其长度均匀发光的条形15或完整的板，例如在16处的平面发光装置。可以制造这样的发光装置，使得它们可以按照相当窄的发射角度(例如在提取器是管状时)发光或按照只从形成发光装置的波导的一侧以朗伯(Lambertial)分布方式发光，如图5所示那样，或者当波导是平的并且光提取区是简单地蚀刻在波导上时，光在波导平面的两侧被发射。在某些独特的应用中，可能需要具有发光空腔并将光发射到空腔中以下将对此更为详细地描述，在对空腔之中的流动材料进行光处理时可以使用这样的光提取器。
通常，光提取器包括三个主要组成部分，即一芯体、至少一个光提取区和覆盖层。典型的芯体材料的折射率应该大于约1．5，这样的材料的例子有石英、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯聚合物、聚苯乙烯和其他光学透明材料。对于一些非常特殊的应用场合，甚至可以使用单晶片，例如可用作薄平面护套的蓝宝石。光提取器的芯体材料在所要求的光谱范围内最好具有较低的光传输损失。
对于许多应用场合，光提取器应该具有覆盖其芯体的覆盖层。这样的覆盖层之折射率小于发光装置之芯体的折射率。覆盖层材料通常是硅基聚合物或者有时候是氟-碳基聚合物，它们的折光率一般为约1．4，对于石英和PMMA来说折光率一般为1．5，而对于聚碳酸酯和聚苯乙烯来说是大约1．6。在某些应用场合，可以使用无覆盖层的光提取器。光提取器，或者至少与反应物和它们的反应产物相接触的那些部分通常是用可以承受反应物之运作环境的材料制成。因此，对于无覆盖层的光提取器来说，人们发现石英是一种好的芯体材料，并且在使用覆盖层时可以使用各种氟聚合物，它们包括氟化橡胶(Viton)(杜邦公司(The Dupont Company)生产)或THV(TEE／HPF／VDF)三聚合物，由3M有限公司(Corporation)生产)。
可以将相应的光源18，19设置在外壳21中，这些光源可以照亮光采集器22，光采集器22可以是工作接入光波导的，即形成光传输束的光纤之输入端23的聚光器，光纤24、25、26从所述的光传输束分枝成相应的发光装置。
在图3中示出可以在其中进行光增催化反应的一个典型的连续光化学反应器30。在容器31中，一系列平面发光装置32在相邻的发光装置之间以自由空间方式定位。在图4、5中示出贯穿发光装置的横断面。在这部分描述中，发光装置是单向的，光纤在顶端供能给发光装置。通常，反应物是通过两个发光装置之间的一多叉管33(跟随向下的箭头)被引入而在发光装置的另一侧返回向上并通过一多叉管34抽出。馈送多叉管可以包括一系列反应物多叉管，以便使反应物在反应器的上游或反应器之内混合。
在这个实施例中是借助于设置为光连接器35的一束光纤从适合的光源供给能量。光提取板可以是单向的，也可以是双向的。在前一种情况，如图5所示，例如根据美国专利US5，222，975中的技术或任何其他适宜的沿这样的光波导长度从光波导提取光的方法来设计光提取条或光提取区36。光提取区被直接施加到光波导的芯体上，而后施加覆盖层。光提取器的背面一侧具有一施加到覆盖层之外表面上的背平面白色朗伯(Lambertian)反射器。
在需要具有双向光提取器时，人们在覆盖层之前使用蚀刻或研磨光提取器的芯体(表面)作为提取区36，因此，光是从光提取器的两面被提取的。可以使用背靠背的两个单向光提取板并利用具有一个波长的光为上游的表面提供能量，而用具有一个不同波长或一组不同波长的光为下游光提取器供给能量，这是不证自明的。
在操作过程中，通过供料多叉管33供给反应器30适合的反应物，该反应物在由光提取器件32发射的光之电磁激发的影响下化合，以由该反应物产生所需要的产品。实质上，该激发辐射以选择性地作用于反应物分子中的特定轨道或基团键上，以提供给光诱导催化反应。现在，通过多叉管34收集这个反应的产物，以便进行一些附加的工艺过程(例如将产物与未反应的产物分离)或后续处理过程，这些过程包括了在本发明的若干附加光化学反应器中以串级方式进行的若干附加反应。
本发明的优点之一是激发辐射的可控剂量和在较大表面范围传送辐射的能力。通常，在光激发反应中所涉及的反应物在所需要的光谱范围内将具有较强的吸收能力(否则，电磁辐射和反应物之间的相互作用将极小)，并因此由于与这样的吸收相关的指数衰减也难以由点光源对大量材料施加光学激发作用。然而，在本发明中，遮光板(screens)可以按这样的一种方法定位，使得光可以较好地分布在反应物中，避免大部分这样的指数衰减。此外，在使用美国专利US5，222，975中所描述的技术时，人们可以控制沿光提取器的光提取速率，使之沿反应物质的轨迹与预期的剂量要求相匹配，以便进一步提高使用光激活工艺的效率。
人们还可以设想一个光反应器，如图3所示，在其中，希望进行一串级式反应，例如，可以将第一组反应物引入第一位置(如图3所示，在反应器的顶部)，在该过程中的稍后，而在该循环的上游部分回流之前，将另一组反应物引入反应器的底部。此外，如上所述，一双发光装置可以向两部分串级式反应器提供不同光谱合成的激发辐射。
在图5中，一纤维束已标示为37，它的纤维从光源37和复合抛物面聚光器38接受适合频率的光，纤维束36的纤维39通向对着一白色反射背面31′设置的光提取条36。
尽管在图3-5中反应器具有平面光源，显然，在其中被流体反应物通过管之空腔的管状结构和管本身是由一种光学材料制成的，光在一点射入该光学材料并借助于如上所述的光提取装置沿反应区从该光学材料中被提取出来。图6示出这种反应器的一个例子。具体讲，串级式光学反应器40包括两个由光学透明材料构成的管状结构41和42。
管状结构的壁是从中提取光的光波导，制作得足够厚，允许光在其近端射入。在图7中示出一贯穿管状反应器41之近端的横断面，在其中示出光传输芯体43，如同所述那样该芯体用作激发光辐射的光波导。在该芯体的外表面涂有光提取区(该区在远端将聚合为一固体提取区)，该光提取区涂有覆盖层44。设置内覆盖层45的折射率小于芯体的折射率，并且由一种能承受反应物通过管状反应器之空腔48流动的材料构成。
透明的或半透明的氟聚合物可以用于此目的。光纤46借助于一适合的连接器和利用折光率与芯体的折光率相匹配的光学黏合剂接合于管状反应器的近端。光纤芯体的折光率最好接近管状结构芯体43的折射率。
一多叉管50接合于管状反应器41的内侧以便将大量反应物供给光反应器(尽管只示出两个入口，显然供料管50还可以具有许多独立的加料装置，每一个都具有它们自身适合的流量控制装置)。通过供料管51收集从反应器41排出的物料，它可能是所希望的最终产品或是可能需要附加的制造步骤的产品，例如附加的光激活反应物，同时还通过供料管线52将其他的反应物输送给第二反应器42。
在操作过程中，借助于由管状反应器的内壁发射的激活辐射使第一反应物反应，实际上提供了一种光催化反应。为了达到次级反应所希望的程度，要以串级方式重复反应器42中的过程，并可以实现增加附加反应物。每一个串级排列的反应器之动力源的波长可以是不同的，以便增强所希望的特定反应。
尽管在以上系列的光辅助催化反应器中预期是连续流动过程，显然批量处理也是可行的，并且不脱离本发明的实质。例如，人们可以使用在其中如图2所示那样提供了一系列管状光提取器17的反应容器。这样的光提取器可以设计得辐射状的发射光进入该含有反应物的容器中并分批地进行反应。当然，也可以按照批量处理方式使用图3-5中所描述的反应器。
因为在本发明的光化学反应器中为各种光提取器提供能量的光是通过若干单独的光纤传输给所述芯体的，所以人们可以提供一系列调谐光源，其作用或者是同时催化所希望的反应，或者依顺序及时地催化若干个按顺序排列的反应。
可以使用本发明之光催化化学反应器的独特反应的某些例子不同于标准的加速氧化反应，其中，分子氧通过用波长稍高1．25μm的光照射带有目标氧化剂的流动气体就部分地被转化为δ单谱线氧，而δ单谱线氧中高于激发状态的分子氧就从氢和氮分子的光激发混合物转化为合成氨。可以使用本发明的光增强催化方法和反应器运行的其他反应包括烃类的光分馏。另外一些反应包括将各种选定基团接枝在其他有机化合物上，或者是在流动的大量物质中，或者是在现有的表面上，以便赋予这样的表面以独特的性能。
其他的应用涉及同位素分离，例如利用这样一种事实，即根据较重的氢物种的这种分子的含量(或它们的缺乏)而含有氘的分子(例如分子氢、水蒸气或低分子量烃类)的电离电位稍有不同，从带有氢的物种中分离氘。通过调节激活波长可以使带有氘的化合物之电离电位(通常稍高于较轻的同位素)得以匹配。一种这样的方法可包括带有目标同位素的分子(并且只有这样的分子)之电离并且在混合物中具有优先与电离的物种反应并容易从流动的混合物中分离出来的次级物种。例如，人们可以在低温下进行该反应，其中，带有同位素的物种仍然是气态(例如带有氘的甲烷)和使电离物种与氧催化(包括本发明的光催化)地化合，从而使所得到的水凝结为富氘冰并将载体甲烷和二氧化碳以气相分离出来。这样的工艺将大大地降低在大量核反应堆中所使用的重水的成本。
类似的同位素分离技术可以用于将相对简单的化合物用作同位素的并在反应器的温度下最好呈气态或液态的元素。这样一些其他的同位素可包括铀的同位素，此时气态分子是UF6；或者钛的同位素，此时使用TiCl4表示；和许多其他容易获得挥发性的或液态的分子化合物之元素的同位素。此外，分离可以通过在反应温度下为固态的电离之物种的氧化来进行。
例1．光增强化学接枝
在最后的十个一组的两组过程中，使用复合材料做为结构材料的情况业已增加。工程热塑性复合材料是特别优越的，但是由于它们没有与增强纤维形成共价键的反应性基团使得它们的使用受到限制。当增强纤维是聚芳酰胺，例如Kevlar时特别重要。
图8示出一个用于将热塑性材料涂覆聚芳酰胺纤维并在芳酰胺(aramid)和热塑性基质的第一层之间形成一接枝化学键的系统。在这个例子中，纤维是Kevlar(Dupont)，热塑性材料是Lexan121聚碳酸酯(General Electric，片状)。反应器60是一个容器，最好是一个真空容器，在其中，其上绕有Kevlar纤维70的输出卷盘61被设置在管状光提取反应器62之上方。纤维用涂有Deflon的金属圈63保持在管状反应器之上的正确位置上。管状光反应器62通过一束石英纤维65由一个UV光源64供给能量。
聚芳酰胺纤维通过容纳在具有一个被涂覆纤维72从中穿过退出该涂覆系统之底孔71的加热容器67中的热塑性材料(将在纤维加强的成品线中做为基质的同类型材料)的熔融体66。此时，被涂覆的聚芳酰胺纤维被收集在收集卷盘68上。
在操作过程中，首先将容器60通过一个抽真空阀口抽真空至0．01毫米汞柱，而后，在保持真空的同时通过另一个引气口73引入氧气，使容器内的环境达到约0．1毫米汞柱的动态氧压水平。UV反应器明显地增强了通常不活泼的芳酰胺表面上形成悬空氧和可能的其他键，并且在被激活的聚芳酰胺纤维通过熔融的聚碳酸酯热塑性材料时，形成一共价键，因此增强了负荷从成品线基质向聚芳酰胺纤维转移。从而，实质上，在聚芳酰胺纤维上实现了热塑性基质的化学接枝。
例2．长链聚合物的裂解
在这个例子中，使用的是图3和4所述的反应器，具有石英光提取板(厚度约2mm，由德国Heraus出品)。提取区是用氢氟酸通过丝网蜡模蚀刻而成。蜡模在苯中溶解并用异丙醇冲洗。该光提取器涂一THV-200P覆盖层，使用的是溶解在MEK(甲基-乙基酮)中的TFE／HPF／VDF三聚物(3M Comporation出品)。所使用的光源是CermaxXenon发光器(由ILC Technology出品)，该发光器带有波长范围在400至450nm的可变楔滤光器(带宽1nm)和波长低于400nm和高于450nm的阻塞滤光器。图3和4所描述的系统还在容器的底部配备有泄露孔板，通过该孔板，氢气缓慢地泄入反应容器中。未被使用的氢气在容器的顶部被收集起来并通过这些图中未示出的一个系统再循环。
业已发现，沿聚合物主链的键能不仅是键和参与形成键的物种性质的函数，而且还是从聚合物头到尾长度的递减函数。这样，调节光源至光子能量稍低于在聚合物头和尾处的键强度将选择性地使聚合物在光子能量等于或稍大于中等聚合物键之能量的键处断裂，但是不会使聚合物在接近聚合物头尾的键处断裂。
原料聚合物是长链脂肪烃，本例是正十烷[CH3(CH2)3CH3]。如果我们利用它们从主链的每一端之位置，例如，第一个碳为C1而第n个为Cn，为沿主链的碳原子之间的键作出标记，我们发现最强的键在链中第2个碳和第3个碳之间(具体讲对于正十烷是3．0069ev)，这个键(C2-C3键)在链中是最强的。C3-C4键的强度比C2-C3键小0．2074％，而C4-C5键的强度比C3-C4键小0．2897％。下一个键是C5-C5键，比C4-C5键小0．3705％。
在这个实施例中，用旋转楔滤光器将光源调节到波长为415．8nm。C4-C5键的强度对应于波长414．39nm(2．992ev)，而C5-C5键的强度对应于波长415．39nm(2．981ev)。暴露于从提取板发出的光的正十烷分子大多数断裂为两个正戊烷分子和一些甲烷(2．947ev的C1-C2键弱于C5-C5键并出现某种程度的端碳原子的断裂)。
通常，在大约50℃下输出流排出，此时，正十烷仍然处在液相中，但是戊烷和甲烷是气态，使得未分解的正十烷容易与戊烷和甲烷的气态混合物分离，这些未分解的正十烷被再循环于反应器中的第二过程。同时气态物流在基于水的热交换器中冷却至20℃，此时戊烷被液化，而甲烷以气态形式被排出。
不用说，任何种类的长链聚合物的选择性裂解的相同原理都是可以预料的，只是光源要调到适合的波长，并聚合物显示出与沿聚合物主链的键的位置相类似的变化。类似地，可以调节供给化学反应器能量的光源之波长以在更复杂的结构中使特定的悬空基团断裂。
权利要求书
按照条约第19条的修改
1．一种用于实现化学反应的方法，该方法包括如下步骤：
(a)使反应容器中的至少一种化学反应物实体与至少一个光提取器相接触，该光提取器具有一个在至少一个方向上延长的并且可以在所述的光提取器长度范围内发光的发射表面；
(b)在所述的容器的外侧的一个位置产生光并且所发出的光包括至少一个可以促进包括所述的反应物的化学反应的光频率；
(c)调整所产生的光，以便将所述频率的光传送给所述的光提取器；以及
(d)使所述的发射表面在所述的长度范围内与所要求的计量需求相匹配。
2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于使两种化学反应物在所述的容器中、在被所述的光频率的光的促进的化学反应中反应，所述的方法进一步包括使所述的反应物质中至少一种沿所述的表面通过。
3．根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的光在步骤(b)产生于远离所述容器的一位置，所述的方法进一步包括使光由所述的位置传送至所述的容器的步骤，至少有一部分穿过光波导。
4．根据权利要求3所述的方法，其特征在于该方法进一步包括在光通过所述的波导之前的聚光的步骤。
5．根据权利要求1所述的方法，其特征在于在所述的容器中设置多个所述的光提取器，传送给所述的光提取器的光是由相应的光波导提供的。
6．一种用于进行化学反应的反应器，该反应器包括：
一容纳至少一种化学反应物实体的容器；
至少一个在所述的容器处、具有一个在至少一个方向上延长的并且可以在所述的光提取器长度范围上发光的、与在所述的长度范围内一反应用的计量需求相匹配的发射表面的光提取器，所述的化学反应物实体与所述的表面相接触；
处在所述的容器的外侧、用于产生光的装置并且所发出的光包括至少一种可以促进所述反应物之化学反应的光频率之光；以及
处在所述的用于产生光的装置和所述的用于调制所产生的光的装置之间的装置，以便将所述频率的光传送给所述的光提取器。
7．根据权利要求6所述的反应器，其特征在于所述的光提取器包括一带有光提取区的芯体和一折射率低于所述芯体之折射率的覆盖层。
8．根据权利要求7所述的反应器，其特征在于所述的芯体的折射率大于约1．5。
9．根据权利要求7所述的反应器，其特征在于所述的芯体由选自包括石英、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯聚合物和聚苯乙烯的一组材料中的一种材料构成。
10．根据权利要求7所述的反应器，其特征在于所述的覆盖层是硅基聚合物或者氟碳基聚合物。
11．根据权利要求6所述的反应器，其特征在于所述的反应器带有多个提取器，其呈至少一个平行条(strips)共平面阵列的形式。
12．根据权利要求6所述的反应器，其特征在于所述的反应器带有呈相互平行的板形的多个提取器。
13．根据权利要求6所述的反应器，其特征在于所述的反应器还包括用于使所述的反应物沿所述的光提取器通过的装置。
14．根据权利要求6所述的反应器，其特征在于所述的反应器还包括至少一个处在所述的用于产生光的装置和所述的光提取器之间的光波导。
15．根据权利要求14所述的反应器，其特征在于所述的反应器还包括至少一个处在所述的用于产生光的装置和所述的光波导之间的聚光器。
16．根据权利要求6所述的反应器，其特征在于在所述的容器中提供多个所述的光提取器，所述的反应器进一步包括相应的光波导以将每一个所述的光提取器连接于所述产生光的装置。
17．根据权利要求6所述的反应器，其特征在于所述的容器被制成一个形成所述光提取器的光波导中的腔室。
18．根据权利要求17所述的反应器，其特征在于所述的容器是由管状结构制成的，该管状结构的壁是光波导并且具有向管状结构的中空部分提取光的若干光提取区。
19．根据权利要求6所述的反应器，其特征在于所述的反应器进一步包括一用于向所述的容器输送一系列反应物的多叉管。
20．根据权利要求6所述的反应器，其特征在于所述的用于调整的装置包括至少一个滤光器。
21．根据权利要求6所述的反应器，其特征在于所述的用于调整的装置包括至少一个分色镜。
22．根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的反应物是其上被接枝一化合物的聚合物，进一步使所述的聚合物承受由所述的光提取器发射的所述频率光的照射，以便激活所述的聚合物并且将所述的化合物涂到被激活的聚合物上。
23．根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的化学反应是长链聚合物的裂解。
24．根据权利要求6所述的反应器，其特征在于所述的化学反应是将一个化合物接枝到聚合物上，所述的反应器包括用于使所述的聚合物通过所述的容器的装置和用于将所述的化合物涂到所述的聚合物上的装置，从而使得所述的聚合物承受由所述的光提取器发射的光照射，以便激活所述的聚合物。
25．一种管状光提取器，该光提取器与一光源连接并沿具有在至少一个方向上延长的若干发光表面的至少一个圆筒状表面设置，以及可以在光提取器的一长度范围内发光，并被选择得与沿所述的长度的用于光诱导反应的一理想计量相匹配。
26．根据权利要求25所述的管状光提取器，其特征在于所述的表面之一是一内表面，而该内表面形成一个可以接纳一反应物的容器，该反应物经受被由所述的表面之一发射的光增强的化学反应。

Claims (26)

1．一种用于实现化学反应的方法，该方法包括如下步骤：
(a)使反应容器中的至少一种化学反应物实体(body)与至少一个光提取器相接触，该光提取器具有一个在至少一个方向上延长的并且可以在所述的光提取器长度范围内发光的发射表面；
(b)在所述的容器的外侧的一个位置产生光并且所发出的光包括至少一个可以促进包括所述的反应物的化学反应的光频率；以及
(c)调整所产生的光，以便将所述频率的光传送给所述的光提取器。
2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于使两种化学反应物在所述的容器中、在被所述的光频率的光的促进的化学反应中反应，所述的方法进一步包括使所述的反应物质中至少一种沿所述的表面通过。
3．根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的光在步骤(b)产生于远离所述容器的一位置，所述的方法进一步包括使光由所述的位置传送至所述的容器的步骤，至少有一部分穿过光波导。
4．根据权利要求3所述的方法，其特征在于该方法进一步包括在光通过所述的波导之前的聚光的步骤。
5．根据权利要求1所述的方法，其特征在于在所述的容器中设置多个所述的光提取器，传送给所述的光提取器的光是由相应的光波导提供的。
6．一种用于进行化学反应的反应器，该反应器包括：
一容纳至少一种化学反应物实体的容器；
至少一个在所述的容器处、具有一个在至少一个方向上延长的并且可以在所述的光提取器长度范围上发光的发射表面的光提取器；所述化学反应物的实体与所述表面相接触；
处在所述的容器的外侧、用于产生光的装置并且所发出的光包括至少一种可以促进所述反应物之化学反应的光频率之光；以及
处在所述的用于产生光的装置和所述的用于调制所产生的光的装置之间的装置，以便将所述频率的光传送给所述的光提取器。
7．根据权利要求6所述的反应器，其特征在于所述的光提取器包括一带有光提取区的芯体和一折射率低于所述芯体之折射率的覆盖层。
8．根据权利要求7所述的反应器，其特征在于所述的芯体的折射率大于约1．5。
9．根据权利要求7所述的反应器，其特征在于所述的芯体由选自包括石英、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯聚合物和聚苯乙烯的一组材料中的一种材料构成。
10．根据权利要求7所述的反应器，其特征在于所述的覆盖层是硅基聚合物或者氟碳基聚合物。
11．根据权利要求6所述的反应器，其特征在于所述的反应器带有多个提取器，其呈至少一个平行条(strips)共平面阵列的形式。
12．根据权利要求6所述的反应器，其特征在于所述的反应器带有呈相互平行的板形的多个提取器。
13．根据权利要求6所述的反应器，其特征在于所述的反应器还包括用于使所述的反应物沿所述的光提取器通过的装置。
14．根据权利要求6所述的反应器，其特征在于所述的反应器还包括至少一个处在所述的用于产生光的装置和所述的光提取器之间的光波导。
15．根据权利要求14所述的反应器，其特征在于所述的反应器还包括至少一个处在所述的用于产生光的装置和所述的光波导之间的聚光器。
16．根据权利要求6所述的反应器，其特征在于在所述的容器中提供多个所述的光提取器，所述的反应器进一步包括相应的光波导以将每一个所述的光提取器连接于所述产生光的装置。
17．根据权利要求6所述的反应器，其特征在于所述的容器被制成一个形成所述光提取器的光波导中的腔室。
18．根据权利要求17所述的反应器，其特征在于所述的容器是由管状结构制成的，该管状结构的壁是光波导并且具有向管状结构的中空部分提取光的若干光提取区。
19．根据权利要求6所述的反应器，其特征在于所述的反应器进一步包括一用于向所述的容器输送一系列反应物的多叉管。
20．根据权利要求6所述的反应器，其特征在于所述的用于调整的装置包括至少一个滤光器。
21．根据权利要求6所述的反应器，其特征在于所述的用于调整的装置包括至少一个分色镜。
22．根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的反应物是其上被接枝一化合物的聚合物，进一步使所述的聚合物承受由所述的光提取器发射的所述频率光的照射，以便激活所述的聚合物并且将所述的化合物涂到被激活的聚合物上。
23．根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的化学反应是长链聚合物的裂解。
24．根据权利要求6所述的反应器，其特征在于所述的化学反应是将一个化合物接枝到聚合物上，所述的反应器包括用于使所述的聚合物通过所述的容器的装置和用于将所述的化合物涂到所述的聚合物上的装置，从而使得所述的聚合物承受由所述的光提取器发射的光照射，以便激活所述的聚合物。
25．一种管状光提取器，该光提取器与一光源连接并沿具有在至少一个方向上延长的若干发光表面的至少一个圆筒状表面设置，以及可以在光提取器的一长度范围内发光。
26．根据权利要求25所述的管状光提取器，其特征在于所述的表面之一是一内表面，而该内表面形成一个可以接纳一反应物的容器，该反应物经受被由所述的表面之一发射的光增强的化学反应。
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