JP2011005369A - Microtreatment apparatus - Google Patents

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Toru Hinouchi
亨 日之内
Junichi Yoshida
潤一 吉田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microtreatment apparatus in which a component flowing into the direction orthogonal to the flow direction of a liquid to be treated is induced so that an inter-electrode voltage is made lower than before.SOLUTION: The microtreatment apparatus includes a flow path L2 for circulating the liquid Ma to be treated, and a cathode K and an anode P which are exposed in the flow path L2 and used for applying an electric field to the liquid Ma to be treated. An electric field application part includes an agitation part 7 comprising a plurality of grooves 7a or/and a plurality of projections.

Description

本発明は、マイクロ処理装置に関する。   The present invention relates to a micro processing apparatus.

マイクロ化学プロセスは、ミクロンオーダーのプロセス器機(マイクロ処理装置)を同じくミクロンオーダーの流路(マイクロ流路)を介して接続することにより、小スペース内で化学プロセスを実現するものである。上記マイクロ処理装置の1つとして、化合物に電圧を印加することにより化合物を電気化学的に分解する電気分解と、同じく電圧を印加することにより物質を合成する電解合成とがある。
本明細書では、上記電気分解を行う装置及び上記電解合成を行う装置を総称してマイクロ処理装置という。
The microchemical process realizes a chemical process in a small space by connecting micron-order process equipment (micro-processing apparatus) via a micron-order channel (micro-channel). One of the micro-processing apparatuses includes electrolysis in which a compound is electrochemically decomposed by applying a voltage to the compound, and electrolytic synthesis in which a substance is synthesized by applying a voltage.
In this specification, the apparatus for performing the electrolysis and the apparatus for performing the electrolytic synthesis are collectively referred to as a micro-processing apparatus.

例えば下記非特許文献1には、対向配置された陽極(電極)と陰極(電極)との間にメタノールとエタノールを溶媒とするトルエン溶液を流通させることによりベンゾイルアルデヒド(benzaldehyde)を合成するマイクロ処理装置が開示されている。このマイクロ処理装置は、バッチ式のマイクロ処理装置とは異なり、トルエン溶液を電極間に連続的に流通させることによりベンゾイルアルデヒドを連続的に合成する連続式のマイクロ処理装置である。   For example, the following Non-Patent Document 1 discloses a micro-process for synthesizing benzaldehyde by passing a toluene solution containing methanol and ethanol as a solvent between an anode (electrode) and a cathode (electrode) arranged opposite to each other. An apparatus is disclosed. Unlike the batch type micro-processing apparatus, this micro-processing apparatus is a continuous micro-processing apparatus that continuously synthesizes benzoylaldehyde by continuously flowing a toluene solution between electrodes.

H. Wendt et al., “Anodic Synthesis of Benzaldehydes - II. Optimization of the Direct Anodic Oxidation of Toluenes in Methanol and Ethanol”, Electrochimica Acta, Vol. 37, No. 11, pp1959-1969, 1992.H. Wendt et al., “Anodic Synthesis of Benzaldehydes-II. Optimization of the Direct Anodic Oxidation of Toluenes in Methanol and Ethanol”, Electrochimica Acta, Vol. 37, No. 11, pp1959-1969, 1992.

ところで、マイクロ処理装置は、上述したようにシステムの小型化が主な特徴点であり、よって上記連続式処理装置においても必然的に小型化が要求される。しかしながら、連続式のマイクロ処理装置において、装置の小型化に伴って陽極と陰極との距離(電極間距離)を小さくしていくと、処理対象液の流れが層流化されて、流れ場が処理対象液の流れ方向の速度成分によって占められる状態となる。このような流れ場では、処理対象液における溶質と溶媒との混合が起こり難くなり、結果として電極間電圧が上昇するという問題がある。マイクロ処理装置は、一般に装置の小型化だけではなく消費動力の省力化も追求するものなので、電極間電圧の上昇による消費電力の増加は解決しなければならない重要な技術課題である。   By the way, as described above, the main feature of the micro processing apparatus is that the system is miniaturized. Therefore, the continuous processing apparatus is also required to be miniaturized. However, in a continuous micro-processing apparatus, when the distance between the anode and the cathode (distance between the electrodes) is reduced with the miniaturization of the apparatus, the flow of the liquid to be processed is laminarized, and the flow field is increased. It becomes a state occupied by the velocity component in the flow direction of the liquid to be treated. In such a flow field, mixing of the solute and the solvent in the liquid to be treated is difficult to occur, and as a result, there is a problem that the voltage between the electrodes increases. Since the micro processing apparatus generally pursues not only miniaturization of the apparatus but also labor saving of power consumption, an increase in power consumption due to an increase in inter-electrode voltage is an important technical problem to be solved.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、以下の点を目的とするものである。
(1)処理対象液の流れ方向に直交する方向の流れ成分を誘発する。
(2)従来よりも電極間電圧を低下させる。
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and has the following objects.
(1) Inducing a flow component in a direction orthogonal to the flow direction of the liquid to be treated.
(2) The voltage between the electrodes is lowered as compared with the conventional case.

上記目的を達成するために、本発明では、第1の解決手段として、処理対象液が流通する流路と、該流路内に露出し処理対象液に対して所定の作用を施す作用部とからなるマイクロ処理装置において、作用部は、複数の溝あるいは/及び複数の突起からなる攪拌部を備えている、という手段を採用する。   In order to achieve the above object, in the present invention, as a first solving means, a flow path through which the liquid to be processed flows, and an action part that is exposed in the flow path and performs a predetermined action on the liquid to be processed In the micro-processing apparatus comprising the above, a means is adopted in which the action section includes a stirring section comprising a plurality of grooves or / and a plurality of protrusions.

第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、所定の加工が施された複数の機能層を積層して流路が形成されており、何れかの機能層に作用部が設けられる、という手段を採用する。   As a second solving means, in the first solving means, a flow path is formed by laminating a plurality of functional layers subjected to predetermined processing, and an action part is provided in any functional layer. Adopt the means.

第3の解決手段として、上記第1または第2の解決手段において、攪拌部は、延在方向が流路の延在方向に対して所定の角度で傾いた複数の溝からなる、という手段を採用する。   As a third solving means, in the first or second solving means, the agitating section is composed of a plurality of grooves whose extending direction is inclined at a predetermined angle with respect to the extending direction of the flow path. adopt.

第4の解決手段として、上記第1〜第3いずれかの解決手段において、作用部は、流路内で対抗配置される陽極及び陰極であり、当該陽極及び陰極のいずれか一方あるいは両方に攪拌部が供えられる、という手段を採用する。   As a fourth solving means, in any one of the first to third solving means, the action part is an anode and a cathode disposed in opposition to each other in the flow path, and stirring is performed on one or both of the anode and the cathode. Adopting the means that the part is provided.

第5の解決手段として、上記第4の解決手段において、陽極及び陰極を隔離する隔膜が設けられる、という手段を採用する。   As the fifth solving means, a means is adopted in which the diaphragm for separating the anode and the cathode is provided in the fourth solving means.

第6の解決手段として、上記第1〜第3いずれかの解決手段において、作用部は、触媒担持部である、という手段を採用する。   As a sixth solving means, in the first to third solving means, a means is adopted in which the action part is a catalyst supporting part.

第7の解決手段として、上記第1〜第3いずれかの解決手段において、作用部は、発光部である、という手段を採用する。   As a seventh solving means, in the first to third solving means, a means that the action part is a light emitting part is adopted.

本発明によれば、攪拌部を備えるので、処理対象液の流れ方向に直交する方向の流れ成分を誘発することが可能であり、この結果として電極間電圧を従来よりも低下させることができる。   According to the present invention, since the stirrer is provided, it is possible to induce a flow component in a direction orthogonal to the flow direction of the liquid to be treated, and as a result, the voltage between the electrodes can be reduced as compared with the related art.

本発明の一実施形態に係るマイクロ処理装置Aの全体構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the whole structure of the micro processing apparatus A which concerns on one Embodiment of this invention. 上記図1における第1〜第5の機能層S1〜S5の積層状態におけるX−X線矢視図である。It is a XX arrow directional view in the lamination | stacking state of 1st-5th functional layer S1-S5 in the said FIG. 本発明の一実施形態に係るマイクロ処理装置Aにおいて、攪拌部7の詳細構成及び変形例を示す拡大図である。In the micro-processing apparatus A which concerns on one Embodiment of this invention, it is an enlarged view which shows the detailed structure of the stirring part 7, and a modification. 本発明の一実施形態に係るマイクロ処理装置Aの性能を示す図であり、(a)は収率特性(実験結果)、(b)は電極間の電圧特性(実験結果)を示している。It is a figure which shows the performance of the micro processing apparatus A which concerns on one Embodiment of this invention, (a) is a yield characteristic (experimental result), (b) has shown the voltage characteristic (experimental result) between electrodes. 本発明の変形例に係るマイクロ処理装置Bの構成例を示す正面図及びY−Y線矢視図である。It is the front view which shows the structural example of the micro processing apparatus B which concerns on the modification of this invention, and a YY arrow directional view.

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図1に示すように、本実施形態に係るマイクロ処理装置Aは、第1〜第5の機能層S1〜S5を積層することによって構成されている。なお、図1では、第1〜第5の機能層S1〜S5に施された機械的加工の状態が分かりやすいように、積層前の展開した状態を示しているが、本マイクロ処理装置Aは、第1〜第5の機能層S1〜S5が図示する順序で互いに機密に接着されて一体化することによって、図2に示すような2つの流路L1,L2を内部に形成する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the micro-processing apparatus A according to this embodiment is configured by stacking first to fifth functional layers S1 to S5. In FIG. 1, the developed state before lamination is shown so that the state of mechanical processing applied to the first to fifth functional layers S1 to S5 can be easily understood. The first to fifth functional layers S1 to S5 are secretly bonded and integrated in the order shown in the figure to form two flow paths L1 and L2 as shown in FIG.

すなわち、第1の機能層S1は、一対の貫通穴1,2が形成された薄板である。貫通穴1,2は、所定の間隔で設けられた丸穴であり、一方の貫通穴1は第1流路L1における処理対象液の入口IN1(第1入口)に相当し、他方の貫通穴2は第1流路L1における処理対象液の出口OUT1(第1出口)に相当する。また、第1の機能層S1は、陰極K(電極)として機能するように導電性材料(例えば金属)から形成されている。上記貫通穴1,2の間隔は、例えば30mmである。   That is, the first functional layer S1 is a thin plate in which a pair of through holes 1 and 2 are formed. The through holes 1 and 2 are round holes provided at a predetermined interval, and one through hole 1 corresponds to the inlet IN1 (first inlet) of the liquid to be treated in the first flow path L1, and the other through hole. 2 corresponds to the outlet OUT1 (first outlet) of the liquid to be processed in the first flow path L1. The first functional layer S1 is made of a conductive material (for example, metal) so as to function as the cathode K (electrode). The interval between the through holes 1 and 2 is 30 mm, for example.

第2の機能層S2は、上記貫通穴1,2の間隔に符合する長さ(例えば30mm)の長尺状貫通穴3が形成された薄板である。この第2の機能層S2は非導電性材料から形成されており、その厚さは例えば100μmである。また、上記長尺状貫通穴3の幅は例えば1mmである。第3の機能層S3は、上述した陰極Kを後述する陽極P(電極)とを電気化学的に隔離するための隔膜であり、より具体的には陽イオンのみを透過させる陽イオン透過膜である。   The second functional layer S2 is a thin plate in which a long through hole 3 having a length (for example, 30 mm) matching the interval between the through holes 1 and 2 is formed. The second functional layer S2 is made of a non-conductive material and has a thickness of 100 μm, for example. The width of the elongated through hole 3 is, for example, 1 mm. The third functional layer S3 is a diaphragm for electrochemically isolating the cathode K described above from an anode P (electrode) to be described later, more specifically, a cation permeable membrane that allows only cations to pass therethrough. is there.

ここで、図2から明らかなように、第1流路L1は、第1〜第3の機能層S1〜S3によって形成されている。すなわち、第1流路L1は、第2の機能層S2に形成された長尺状貫通穴3の周面と、当該長尺状貫通穴3の上側に位置する第1の機能層S1の下面と、長尺状貫通穴3の下側に位置する第3の機能層S3の上面とからなる3つの面によって囲まれ、かつ陰極Kが露出する領域として構成される。   Here, as is apparent from FIG. 2, the first flow path L1 is formed by the first to third functional layers S1 to S3. That is, the first flow path L1 includes a circumferential surface of the elongated through hole 3 formed in the second functional layer S2 and a lower surface of the first functional layer S1 positioned above the elongated through hole 3. And an area where the cathode K is exposed, and is surrounded by three surfaces including the upper surface of the third functional layer S3 located below the elongated through hole 3.

第1の機能層S1の一端に形成された貫通穴1は、このような第1流路L1に第1の処理対象液Haを流入させるためのものである。また、第1の機能層S1の他端に形成された貫通穴2は、第1流路L1を通過することにより第1の処理対象液Haに所定の処理が施された結果得られる第1の処理済液Hbを外部に排出するためのものである。   The through hole 1 formed at one end of the first functional layer S1 is for allowing the first processing target liquid Ha to flow into the first flow path L1. Further, the through hole 2 formed at the other end of the first functional layer S1 passes through the first flow path L1, and is obtained as a result of the predetermined processing being performed on the first processing target liquid Ha. The processed liquid Hb is discharged to the outside.

第4の機能層S4は、上述した第2の機能層S2と形状的には全く同一の薄板であり、第2の機能層S2と同様に非導電性材料から形成されている。すなわち、第4の機能層S4は、厚さが例えば100μmであり、当該第4の機能層S4に形成された長尺状貫通穴4は、長さが例えば30mm、幅が例えば1mmである。   The fourth functional layer S4 is a thin plate that is identical in shape to the second functional layer S2 described above, and is formed of a non-conductive material in the same manner as the second functional layer S2. That is, the fourth functional layer S4 has a thickness of, for example, 100 μm, and the long through hole 4 formed in the fourth functional layer S4 has a length of, for example, 30 mm and a width of, for example, 1 mm.

第5の機能層S5は、所定間隔で離間する一対の貫通穴5,6(丸穴)が、また当該貫通穴5,6の間に攪拌部7が形成された薄板である。一方の貫通穴5は第2流路L2における処理対象液の入口IN2(第2入口)に相当し、他方の貫通穴6は第2流路L2における処理対象液の出口OUT2(第2出口)に相当する。貫通穴5,6の間隔は、上述した第1の機能層S1の貫通穴1,2と同様に例えば30mmである。このような第5の機能層S5は、陽極P(電極)として機能するように導電性材料(例えば金属)から形成されている。   The fifth functional layer S5 is a thin plate in which a pair of through-holes 5 and 6 (round holes) that are separated at a predetermined interval are formed, and a stirring portion 7 is formed between the through-holes 5 and 6. One through hole 5 corresponds to the inlet IN2 (second inlet) of the liquid to be processed in the second flow path L2, and the other through hole 6 has an outlet OUT2 (second outlet) of the liquid to be processed in the second flow path L2. It corresponds to. The interval between the through holes 5 and 6 is, for example, 30 mm, similar to the through holes 1 and 2 of the first functional layer S1 described above. The fifth functional layer S5 is formed of a conductive material (for example, metal) so as to function as the anode P (electrode).

図2から明らかなように、第2流路L2は、第3〜第5の機能層S3〜S5によって形成されている。すなわち、第2流路L2は、第4の機能層S4に形成された長尺状貫通穴4の周面と、当該長尺状貫通穴4の上側に位置する第3の機能層S3の下面と、長尺状貫通穴4の下側に位置する第5の機能層S5の上面とからなる3つの面によって囲まれ、かつ陽極Pが露出する領域として構成される。このような第2流路L2は、第1流路L1と全く同一形状を有し、かつ、第3の機能層S3(陽イオン透過膜)を挟んで第1流路L1と正対する位置関係にある。   As is apparent from FIG. 2, the second flow path L2 is formed by the third to fifth functional layers S3 to S5. That is, the second flow path L2 includes the peripheral surface of the elongated through hole 4 formed in the fourth functional layer S4 and the lower surface of the third functional layer S3 located above the elongated through hole 4. And a region surrounded by three surfaces including the upper surface of the fifth functional layer S5 located on the lower side of the elongated through-hole 4 and the anode P is exposed. Such a second flow path L2 has exactly the same shape as the first flow path L1, and has a positional relationship facing the first flow path L1 across the third functional layer S3 (cation permeable membrane). It is in.

第5の機能層S5の一端に形成された貫通穴5は、このような第2流路L2に第2の処理対象液Maを流入させるためのものである。また、第5の機能層S5の他端に形成された貫通穴6は、第2流路L2を通過することにより上記第2の処理対象液Maに所定の処理が施された結果得られる第2の処理済液Mbを外部に排出するためのものである。   The through hole 5 formed at one end of the fifth functional layer S5 is for allowing the second processing target liquid Ma to flow into the second flow path L2. Further, the through hole 6 formed at the other end of the fifth functional layer S5 passes through the second flow path L2, and is obtained as a result of the predetermined processing being performed on the second processing target liquid Ma. The second processed liquid Mb is discharged to the outside.

攪拌部7は、本マイクロ処理装置Aにおける最も特徴的な構成要素であり、第2流路L2内を貫通穴5(入口IN2)から貫通穴6(出口OUT2)の方向(図2における左から右方向)に流れる処理対象液に対して陽極Pと陰極Kとの対向方向(図2における上下方向)の流れを誘発するためのものである。   The stirrer 7 is the most characteristic component in the present micro-processing apparatus A, and the direction from the through hole 5 (inlet IN2) to the through hole 6 (outlet OUT2) in the second flow path L2 (from the left in FIG. 2) This is for inducing a flow in the facing direction (vertical direction in FIG. 2) of the anode P and the cathode K with respect to the processing target liquid flowing in the right direction).

この攪拌部7は、図3(a)の拡大図に示すように、所定間隔で形成された複数の長尺溝7aからなる。各長尺溝7aは、所定長さ及び所定深さを有する長尺状の窪みであり、貫通穴5,6の中心同士を結ぶ軸線(一点鎖線で示す。)に対して所定角度θだけ傾斜した方向を延在方向とする。なお、貫通穴5,6の中心同士を結ぶ軸線は、第2流路L2の延在方向と同一なので、各長尺溝7aの延在方向は、第2流路L2の延在方向に対して角度θだけ傾斜している。本実施形態では、角度θ=45°である。   As shown in the enlarged view of FIG. 3A, the stirring unit 7 includes a plurality of long grooves 7a formed at predetermined intervals. Each long groove 7a is a long recess having a predetermined length and a predetermined depth, and is inclined by a predetermined angle θ with respect to an axis (indicated by a one-dot chain line) connecting the centers of the through holes 5 and 6. The direction made is defined as the extending direction. Since the axis connecting the centers of the through holes 5 and 6 is the same as the extending direction of the second flow path L2, the extending direction of each long groove 7a is relative to the extending direction of the second flow path L2. Is inclined by an angle θ. In the present embodiment, the angle θ = 45 °.

図3(b)〜図3(d)は、このような攪拌部7の変形例を示している。第1の変形例に係る攪拌部7Aは、上記各長尺溝7aとは異なる角度θの複数の長尺溝7bからなるものである。各長尺溝7bの角度θは、例えば−45°である。第2の変形例に係る攪拌部7Bは、上記各長尺溝7aに代えて、複数の長尺突起7cからなるものである。各長尺突起7cは、上述した各長尺溝7aと形状は同一であるが、窪みではなく突出部として設けられたものである。第3の変形例に係る攪拌部7Cは、上記長尺溝7aと長尺突起7cとを複合したものである。すなわち、この攪拌部7Cは、長尺溝7aと長尺突起7cとを交互に配列させて形成されている。   FIG. 3B to FIG. 3D show a modification of the stirring unit 7 as described above. The stirring unit 7A according to the first modification is composed of a plurality of long grooves 7b having an angle θ different from that of the long grooves 7a. The angle θ of each long groove 7b is, for example, −45 °. The stirring unit 7B according to the second modified example includes a plurality of long protrusions 7c instead of the long grooves 7a. Each long protrusion 7c has the same shape as each of the long grooves 7a described above, but is provided as a protrusion instead of a recess. The stirring unit 7C according to the third modification is a combination of the long groove 7a and the long protrusion 7c. That is, the stirring unit 7C is formed by alternately arranging the long grooves 7a and the long protrusions 7c.

ここで、陰極K(電極)として機能する第1の機能層S1及び陽極P(電極)として機能する第5の機能層S5は、対として処理対象液に電界を作用させる作用部である。すなわち、本マイクロ処理装置Aは、陰極Kと陽極Pとからなる作用部によって第1、第2の処理対象液Ha,Maに電界を作用させることにより電解合成を行うものである。   Here, the first functional layer S1 functioning as the cathode K (electrode) and the fifth functional layer S5 functioning as the anode P (electrode) are action units that act on the liquid to be treated as a pair. In other words, the present micro-processing apparatus A performs electrolytic synthesis by applying an electric field to the first and second processing target liquids Ha and Ma by the action part including the cathode K and the anode P.

次に、このように構成された本マイクロ処理装置Aの作用効果について、図4及び表1をも参照して詳しく説明する。   Next, the function and effect of the microprocessing apparatus A configured as described above will be described in detail with reference to FIG. 4 and Table 1 as well.

本実施形態における第1の処理対象液Haは、溶媒としてのメタノール(MeOH)に電解液としてのテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート(EtNBF)を溶解させたものである。また、第2の処理対象液Maは、溶媒としてのメタノール(MeOH)に電解液としてのテトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレート(EtNBF)、また媒質としての4-メトキシトルエン(MeOC)を溶解させたものである。なお、第1の処理対象液Haは、専ら電解液として機能するものであり、本マイクロ処理装置Aが目的とする生産物の生成には直接関与しない。 The first processing target liquid Ha in the present embodiment is obtained by dissolving tetraethylammonium tetrafluoroborate (Et 4 NBF 4 ) as an electrolytic solution in methanol (MeOH) as a solvent. The second treatment target liquid Ma is methanol (MeOH) as a solvent, tetraethylammonium tetrafluoroborate (Et 4 NBF 4 ) as an electrolyte, and 4-methoxytoluene (MeOC 7 H 8 ) as a medium. It has been dissolved. Note that the first processing target liquid Ha functions exclusively as an electrolytic solution, and is not directly involved in the production of the target product of the microprocessing apparatus A.

このような第1の処理対象液Ha及び第2の処理対象液Maのうち、第1の処理対象液Haは、第3の機能層S3(陽イオン透過膜)を介して隣り合うと共に陰極K及び陽極Pによって所定の直流電界が作用している第1流路L1及び第2流路L2のうち、第1流路L1に第1入口IN1を介して流入する。一方、第2の処理対象液Maは、同じく第3の機能層S3(陽イオン透過膜)を介して隣り合うと共に陰極K及び陽極Pによって所定の直流電界が作用している第1流路L1及び第2流路L2のうち、第2流路L2に第2入口IN2を介して流入する。   Of the first processing target liquid Ha and the second processing target liquid Ma, the first processing target liquid Ha is adjacent to the cathode K through the third functional layer S3 (cation permeable membrane). Of the first flow path L1 and the second flow path L2 in which a predetermined DC electric field is applied by the anode P, the first flow path L1 flows into the first flow path L1 through the first inlet IN1. On the other hand, the second processing target liquid Ma is also adjacent to each other via the third functional layer S3 (cation permeable membrane), and the first flow path L1 in which a predetermined DC electric field is applied by the cathode K and the anode P. Of the second flow path L2, the second flow path L2 flows into the second flow path L2.

そして、上記第1流路L1及び第2流路L2のうち、4-メトキシトルエン(MeOC)を含む第2の処理対象液Maが流通する第2流路L2では、化学式(1)に示す反応が発生する。 Of the first flow path L 1 and the second flow path L 2, the second flow path L 2 in which the second processing target liquid Ma containing 4-methoxytoluene (MeOC 7 H 8 ) circulates has the chemical formula (1). The reaction shown in FIG.

Figure 2011005369
Figure 2011005369

すなわち、直流電界の作用によって4-メトキシトルエン(MeOC)がメタノール(MeOH)と反応してp-アニスアルデヒドジメチルアセタール(Me)と水素イオン(H)とが生成される。そして、一方の生成物であるp-アニスアルデヒドジメチルアセタール(Me)は、本マイクロ処理装置Aの生産物であり、第2出口OUT2を介して第2の処理済液Mbの成分として外部に排出される。また、他方の生成物である水素イオン(H)は、陽イオンであり、第3の機能層S3(陽イオン透過膜)を透過して第1流路L1に移動し、さらに陰極Kから電子を受け取って水素ガス(H)となり、第1出口OUT1を介して第1の処理済液Hbの成分として外部に排出される。 That is, 4-methoxytoluene (MeOC 7 H 8 ) reacts with methanol (MeOH) by the action of a direct current electric field to react with p-anisaldehyde dimethyl acetal (Me 3 O 3 C 7 H 5 ), hydrogen ions (H + ), Is generated. One product, p-anisaldehyde dimethyl acetal (Me 3 O 3 C 7 H 5 ), is a product of the present micro-processing apparatus A, and the second processed liquid is passed through the second outlet OUT2. It is discharged to the outside as a component of Mb. The other product, hydrogen ions (H + ), is a cation, passes through the third functional layer S3 (cation permeable membrane), moves to the first flow path L1, and further from the cathode K. The electrons are received to become hydrogen gas (H 2 ), and are discharged to the outside as a component of the first treated liquid Hb through the first outlet OUT1.

上記第2流路L2における反応では、p-アニスアルデヒドジメチルアセタール(Me)の収率を向上させる上で、溶質の溶媒に対する良好な分散状態、つまり4-メトキシトルエン(MeOC)のメタノール(MeOH)に対する攪拌状態が重要である。また、本マイクロ処理装置Aの省電力化を図る上で、陰極Kと陽極Pとの間の電圧差、つまり電極間電圧Eを低下させることが必要である。そして、電極間電圧Eを低下させるためには、第2流路L2において、陰極Kと陽極Pとの対向方向(図2における上下方向)におけるイオンの移動性を向上させて陰極Kと陽極Pとの間の電気抵抗を低減する必要がある。 In the reaction in the second flow path L2, in order to improve the yield of p-anisaldehyde dimethyl acetal (Me 3 O 3 C 7 H 5 ), a good dispersion state of the solute in the solvent, that is, 4-methoxytoluene ( The stirring state of MeOC 7 H 8 ) against methanol (MeOH) is important. In order to save power in the present micro processing apparatus A, it is necessary to reduce the voltage difference between the cathode K and the anode P, that is, the interelectrode voltage E. In order to reduce the interelectrode voltage E, the mobility of ions in the opposing direction (vertical direction in FIG. 2) of the cathode K and the anode P in the second flow path L2 is improved to improve the cathode K and the anode P. It is necessary to reduce the electrical resistance between them.

本マイクロ処理装置Aにおける攪拌部7は、以下の実験結果が示すように反応電圧Eを低下させることに優位な効果を奏するものである。すなわち、陰極Kと陽極Pとの間に流れる電流と第2の処理済液Mbの流速とを表1に示すように複数設定した場合に、p-アニスアルデヒドジメチルアセタール(Me)の収率は図4(a)のグラフに示すように、また電極間電圧E(電圧)は図4(b)のグラフに示す値になった。この表1における電流と流速との関係は、通電量(電気量)が上記化学式(1)の反応において化学的に当量となるような関係として設定したものである。 The stirring unit 7 in the present micro-processing apparatus A has an advantageous effect in reducing the reaction voltage E as shown by the following experimental results. That is, when a plurality of currents flowing between the cathode K and the anode P and the flow rate of the second treated liquid Mb are set as shown in Table 1, p-anisaldehyde dimethyl acetal (Me 3 O 3 C 7 The yield of H 5 ) was as shown in the graph of FIG. 4A, and the interelectrode voltage E (voltage) was the value shown in the graph of FIG. 4B. The relationship between the current and the flow velocity in Table 1 is set as a relationship in which the energization amount (electric amount) is chemically equivalent in the reaction of the chemical formula (1).

Figure 2011005369
Figure 2011005369

なお、この図4では、本マイクロ処理装置A(つまり第2流路L2に攪拌部7を設けた場合)を「ミキサパターン」として示している。また、図4では、「ミキサパターン」に対する比較例として、攪拌部7を設けない場合(パターンなし)及び流路方向に平行な複数の溝を設けた場合(直線溝パターン)を示している。   In FIG. 4, the present micro-processing apparatus A (that is, the case where the stirring unit 7 is provided in the second flow path L2) is shown as a “mixer pattern”. In addition, FIG. 4 shows a case where the stirring unit 7 is not provided (no pattern) and a case where a plurality of grooves parallel to the flow path direction are provided (linear groove pattern) as comparative examples for the “mixer pattern”.

図4(a)から分かるように、「ミキサパターン」と「直線溝パターン」は、電流(流速)が大きくなると「パターンなし」に比較して収率が向上する。これに対して、図4(b)から分かるように、「ミキサパターン」は、電圧が「直線溝パターン」及び「パターンなし」よりも低下している。このような図4に示す実験結果から、本マイクロ処理装置Aにおける攪拌部7が「直線溝パターン」及び「パターンなし」との比較において電圧低下に優位な効果を奏するものであることが確認された。   As can be seen from FIG. 4A, the yields of the “mixer pattern” and the “linear groove pattern” are improved when the current (flow velocity) is increased as compared to “no pattern”. On the other hand, as can be seen from FIG. 4B, the voltage of the “mixer pattern” is lower than that of the “linear groove pattern” and “no pattern”. From such experimental results shown in FIG. 4, it is confirmed that the stirring unit 7 in the present micro-processing apparatus A has an advantageous effect on the voltage drop in comparison with the “linear groove pattern” and “no pattern”. It was.

すなわち、本マイクロ処理装置Aによれば、第2の処理対象液Maの流れ方向に直交する方向、つまり陰極Kと陽極Pとの対向方向の流れ成分を誘発することが可能であり、この結果として電極間電圧Eを従来よりも低下させることができる。   That is, according to the present micro-processing apparatus A, it is possible to induce a flow component in a direction orthogonal to the flow direction of the second processing target liquid Ma, that is, the facing direction of the cathode K and the anode P. As a result, As a result, the inter-electrode voltage E can be reduced as compared with the prior art.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
(1)上記実施形態では、陰極Kと陽極Pとからなる一対の電極を作用部をするマイクロ処理装置Aについて説明したが、作用部は一対の電極に限定されない。一対の電極以外の作用部として、例えば処理対象液に対して触媒作用を施すような触媒担持部や各種波長の光を照射する発光部等が考えられる。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, For example, the following modifications can be considered.
(1) In the above-described embodiment, the micro processing apparatus A that has a pair of electrodes composed of the cathode K and the anode P as the working portion has been described. However, the working portion is not limited to the pair of electrodes. As the action part other than the pair of electrodes, for example, a catalyst supporting part that catalyzes the treatment target liquid, a light emitting part that irradiates light of various wavelengths, and the like are conceivable.

図5は、上記触媒作用や光照射を処理対象液に施す作用部を備えるマイクロ処理装置Bの構成例を示している。この図に示すように、マイクロ処理装置Bは、3枚の機能層Sa〜Scを積層して構成されており、入口IN、流路L、出口OUT、3枚の機能層Sa〜Scによって内部に形成された空間が流路L、攪拌部7及び作用部R(触媒担持部あるいは発光部)を備えている。流路Lは、3枚の機能層Sa〜Scによって形成される内部空間である。3枚の機能層Sa〜Scのうち、表層である機能層Sa,Scは、流路Lを通過する処理対象液に対して作用部R(触媒担持部あるいは発光部)である。入口INから流路L内に流入した処理対象液は、流路Lを通過する際に作用部Rによって触媒処理あるいは光照射され、出口OUTから処理済液として外部に排出される。   FIG. 5 shows a configuration example of a micro-processing apparatus B including an action unit that applies the catalytic action and the light irradiation to the liquid to be treated. As shown in this figure, the micro-processing apparatus B is configured by laminating three functional layers Sa to Sc, and is internally formed by an inlet IN, a flow path L, an outlet OUT, and three functional layers Sa to Sc. The space formed in (1) is provided with a flow path L, a stirring part 7 and an action part R (catalyst carrying part or light emitting part). The flow path L is an internal space formed by the three functional layers Sa to Sc. Of the three functional layers Sa to Sc, the surface functional layers Sa and Sc are action portions R (catalyst carrying portions or light emitting portions) for the liquid to be processed that passes through the flow path L. The liquid to be treated that has flowed into the flow path L from the inlet IN is subjected to catalyst treatment or light irradiation by the action part R when passing through the flow path L, and is discharged to the outside as a treated liquid from the outlet OUT.

上記機能層Sa,Scにおいて流路Lの一面を形成する部位には、マイクロ処理装置Aと同様な攪拌部7がそれぞれ設けられている。すなわち、このマイクロ処理装置Bでは、図5(b)に示すように、流路Lの2面(上面と下面)とに、互いに対向するように攪拌部7がそれぞれ設けられている。このような対向状態の攪拌部7によって流路Lを通過する処理対象液は、上下方向の攪拌が促進されて効果的に触媒処理することが可能であり、あるいはより広い範囲に亘って効果的に光を照射することができる。   A stirrer 7 similar to that of the micro-processing apparatus A is provided in each of the functional layers Sa and Sc that form one surface of the flow path L. That is, in this micro-processing apparatus B, as shown in FIG. 5B, the agitation units 7 are respectively provided on the two surfaces (upper surface and lower surface) of the flow path L so as to face each other. The liquid to be treated that passes through the flow path L by the agitating unit 7 in such an opposed state can be effectively subjected to catalytic treatment by promoting vertical agitation, or effective over a wider range. Can be irradiated with light.

(2)上記実施形態及び変形例では図3に示した長尺溝7a,7bあるいは長尺突起7cからなる攪拌部7,7A〜7Cを採用したが、本発明はこれに限定されない。処理対象液に対して作用部の対向方向の流れ成分を誘発できる形状であれば、如何なる形状でも良い。 (2) In the above-described embodiment and modification, the agitation units 7 and 7A to 7C including the long grooves 7a and 7b or the long protrusions 7c shown in FIG. 3 are employed, but the present invention is not limited to this. Any shape may be used as long as it can induce a flow component in the opposite direction of the acting portion with respect to the treatment target liquid.

A…マイクロ処理装置、S1…第1の機能層(作用部)、S2…第2の機能層、S3…第3の機能層、S4…第4の機能層、S5…第5の機能層(作用部)、L1…第1流路、L2…第2流路、IN1…第1入口、OUT1…第1出口、IN2…第2入口、OUT2…第2出口、1…貫通穴、2…貫通穴、3…長尺状貫通穴、4…長尺状貫通穴、5…貫通穴、6…貫通穴、7,7A〜7C…攪拌部、7a,7b…長尺溝、7c…長尺突起   A ... micro processing device, S1 ... first functional layer (action part), S2 ... second functional layer, S3 ... third functional layer, S4 ... fourth functional layer, S5 ... fifth functional layer ( Action part), L1 ... first flow path, L2 ... second flow path, IN1 ... first inlet, OUT1 ... first outlet, IN2 ... second inlet, OUT2 ... second outlet, 1 ... through hole, 2 ... through Holes, 3 ... elongate through holes, 4 ... elongate through holes, 5 ... through holes, 6 ... through holes, 7, 7A-7C ... agitation sections, 7a, 7b ... elongate grooves, 7c ... elongate protrusions

Claims (7)

処理対象液が流通する流路と、該流路内に露出し処理対象液に対して所定の作用を施す作用部とからなるマイクロ処理装置において、
作用部は、複数の溝あるいは/及び複数の突起からなる攪拌部を備えていることを特徴とするマイクロ処理装置。
In a micro processing apparatus comprising a flow path through which a liquid to be treated flows and an action part that is exposed in the flow path and performs a predetermined action on the liquid to be treated.
The working section includes a stirring section including a plurality of grooves and / or a plurality of protrusions.
所定の加工が施された複数の機能層を積層して流路が形成されており、何れかの機能層に作用部が設けられることを特徴とする請求項1記載のマイクロ処理装置。   The micro processing apparatus according to claim 1, wherein a flow path is formed by laminating a plurality of functional layers subjected to predetermined processing, and an action portion is provided in any one of the functional layers. 攪拌部は、延在方向が流路の延在方向に対して所定の角度で傾いた複数の溝からなることを特徴とする請求項1または2記載のマイクロ処理装置。   The micro-processing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the agitation unit includes a plurality of grooves whose extending direction is inclined at a predetermined angle with respect to the extending direction of the flow path. 作用部は、流路内で対抗配置される陽極及び陰極であり、当該陽極及び陰極のいずれか一方あるいは両方に攪拌部が供えられることを特徴とする請求項1〜3いずれか一項に記載のマイクロ処理装置。   The action part is an anode and a cathode that are arranged to face each other in the flow path, and a stirring part is provided for either one or both of the anode and the cathode. Micro processing equipment. 陽極及び陰極を隔離する隔膜が設けられることを特徴とする請求項4記載のマイクロ処理装置。   5. The micro-processing apparatus according to claim 4, further comprising a diaphragm that separates the anode and the cathode. 作用部は、触媒担持部であることを特徴とする請求項1〜3いずれか一項に記載のマイクロ処理装置。   The micro-processing apparatus according to claim 1, wherein the action part is a catalyst support part. 作用部は、発光部であることを特徴とする請求項1〜3いずれか一項に記載のマイクロ処理装置。   The micro-processing apparatus according to claim 1, wherein the action unit is a light-emitting unit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021532981A (en) * 2018-08-08 2021-12-02 コモンウェルス サイエンティフィック アンド インダストリアル リサーチ オーガナイゼーション Electrochemical flow reactor

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