JP5013513B2 - MICRO REACTOR, MANUFACTURING METHOD THEREOF, INTEGRATED MICRO REACTION MODULE, AND METHOD FOR PURIFYING ORGANIC AREAS - Google Patents
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Description
本発明は、微細な流路内において化学反応、分離等を行うことができるマイクロ反応装置、その製造方法、集積化マイクロ反応モジュール、および集積化マイクロ反応モジュールを用いた有機ヒ素汚染水の浄化方法に関する。 The present invention relates to a microreaction apparatus capable of performing a chemical reaction, separation, etc. in a fine channel, a method for producing the same, an integrated microreaction module, and a method for purifying organic arsenic contaminated water using the integrated microreaction module About.
マイクロ反応装置は、径が数μm〜数百μmの微細な流路内において化学反応、分離等を行う反応器であり、従来のバッチ方式に比べ数多くの利点を有している。
特に、光化学反応では、照射した光が反応場中で吸収・散乱するため、光触媒を反応容器中に懸濁させて反応を行うバッチ方式の場合には、反応容器全体に充分な光を照射することが困難であり、反応に用いる光の利用効率が上げられない問題や、反応後に触媒を分離する作業が必要であるため操作が煩雑である問題がある。
The microreactor is a reactor that performs chemical reaction, separation, and the like in a fine flow channel having a diameter of several μm to several hundred μm, and has many advantages over the conventional batch system.
In particular, in photochemical reactions, the irradiated light is absorbed and scattered in the reaction field, so in the case of a batch system in which the reaction is carried out by suspending the photocatalyst in the reaction vessel, the entire reaction vessel is irradiated with sufficient light. However, there are problems that the utilization efficiency of light used in the reaction cannot be increased, and that the operation of separating the catalyst after the reaction is necessary, and thus the operation is complicated.
上記問題を解決するために、特許文献1では、光触媒が設けられた微細な反応流路に反応分子を含む液体を流通させ、該液体中に含まれる反応分子を光化学反応させることができる光化学反応装置が提案されている。特許文献1で用いられている光化学反応装置では、石英またはホウ珪酸ガラス等で形成された反応器の一端面から、対向する他端面に達する中空状の貫通孔が微細な流路として設けられている。 In order to solve the above problem, Patent Document 1 discloses a photochemical reaction in which a liquid containing a reactive molecule is circulated in a fine reaction channel provided with a photocatalyst, and the reactive molecule contained in the liquid can be photochemically reacted. A device has been proposed. In the photochemical reaction device used in Patent Document 1, a hollow through-hole that reaches from the one end surface of the reactor formed of quartz or borosilicate glass to the other end surface facing is provided as a fine channel. Yes.
また、特許文献2では、ガラスプレートに微細な流路を成す溝を形成し、該溝に光触媒を担持させ、反応原料の供給口や反応液の取り出し口が設けられたプレートホルダーを接合することによって形成されたマイクロリアクターが用いられている。
また、特許文献3には、反応部(反応流路)が設けられた薄板を含む、複数の薄板を積層して形成したマイクロリアクタが開示されている。
しかし、特許文献1のように、石英またはホウ珪酸ガラス等で形成された反応器に中空状の貫通孔を設けて微細な流路を形成すると、その加工が難しくコストがかかる上、複雑な形状の流路を形成することができない。 However, as in Patent Document 1, if a hollow through hole is provided in a reactor formed of quartz or borosilicate glass or the like to form a fine flow path, the processing is difficult and costly, and a complicated shape is required. The flow path cannot be formed.
また、特許文献2のマイクロリアクターでは、反応流路を成す溝が形成されたガラスプレートとその上面に接合するプレートホルダー(同じくガラスで形成されているプレートである)が、ボルトとナットのような部材で押さえられて接合されているため、そのガラス同士の間に隙間が生じ、該隙間の影響によって反応流路へ反応原料を導入するための圧力の損失が大きくなる。特に、反応流路が微細になるほど前記圧力の損失の影響は大きくなり、反応原料の導入ができなくなってしまうため、この方法での反応流路の微細化には限界がある。また、反応原料の導入が可能な反応流路径である場合には、反応流路を流通する反応原料等が漏れる虞がある。
In addition, in the microreactor of
この隙間をシールするため、重ね合わせたガラスプレートに熱をかけ、ガラスプレート同士を溶着させることも可能であるが、ホウ珪酸ガラスの場合には500〜600℃、石英の場合には1100℃以上の加熱が必要である。ここで、光触媒の代表例である二酸化チタンは、約650℃付近で結晶構造がアナターゼ型からルチル型に転移し、光触媒活性は低下することが知られている。また、より低い温度での加熱(300〜500℃)でも触媒の変性等により活性が低下する虞があり、その結晶構造への影響は前記転移温度以下(300〜400℃)から生じ始めると考えられ、二酸化チタン等の光触媒を流路に担持させる場合には、高温によりガラスプレートを圧着させることはできない。 In order to seal this gap, it is possible to heat the stacked glass plates and weld the glass plates together, but in the case of borosilicate glass, it is 500 to 600 ° C., in the case of quartz, 1100 ° C. or more. Heating is required. Here, it is known that titanium dioxide, which is a typical example of a photocatalyst, has a crystal structure that changes from anatase type to rutile type at around 650 ° C., and the photocatalytic activity decreases. Further, even if heating at a lower temperature (300 to 500 ° C.), the activity may be reduced due to the modification of the catalyst and the like, and the influence on the crystal structure starts to occur from the transition temperature or lower (300 to 400 ° C.). When a photocatalyst such as titanium dioxide is supported on the flow path, the glass plate cannot be pressure-bonded at a high temperature.
また、特許文献3のマイクロリアクターでは、前記薄板としてガラス基板や石英基板を用いる場合には、薄板への反応部(反応流路)の形成は半導体プロセスにより行われるため、コストが高くなる。
Further, in the microreactor of
このような問題に鑑み、発明者らは、コストアップの要因となるガラスや石英等への貫通孔や溝の形成加工を行うことなく、密閉性の高い微細な流路を形成したマイクロ反応装置を開発した。本発明の課題は、密閉性の高い微細な流路の形成が容易であり、加えて、光触媒等の触媒を担持させることも可能なマイクロ反応装置、その製造方法、集積化マイクロ反応モジュールを提供することにある。 In view of such problems, the inventors have developed a microreactor in which a fine channel with high hermeticity is formed without forming a through hole or a groove in glass or quartz, which causes an increase in cost. Developed. An object of the present invention is to provide a microreaction apparatus that can easily form a fine flow path with high hermeticity and can also carry a catalyst such as a photocatalyst, a manufacturing method thereof, and an integrated microreaction module. There is to do.
上記課題を解決するため、本発明の第1の態様に係るマイクロ反応装置は、接着性樹脂フィルムと、該接着性樹脂フィルムに設けられた細隙状の貫通孔と、前記接着性樹脂フィルムの一方の面に接合された第一基板と、前記接着性樹脂フィルムの他方の面に接合された第二基板と、を備え、前記第一基板と前記第二基板と前記貫通孔の内面により、微細な反応流路が形成されていることを特徴とするものである。ここで、「接着性樹脂フィルム」は、常温または加熱による自己接着性を有する樹脂フィルムを指すものである。 In order to solve the above problems, a microreaction apparatus according to a first aspect of the present invention includes an adhesive resin film, a slit-like through-hole provided in the adhesive resin film, and the adhesive resin film. A first substrate bonded to one surface, and a second substrate bonded to the other surface of the adhesive resin film, the inner surface of the first substrate, the second substrate and the through hole, A fine reaction channel is formed. Here, the “adhesive resin film” refers to a resin film having self-adhesive properties at room temperature or by heating.
本発明によれば、接着性樹脂フィルムに設けられた細隙状の貫通孔の内面と、該接着性樹脂フィルムの一方の面に接合された第一基板と、該接着性樹脂フィルムの他方の面に接合された第二基板とにより、微細な反応流路が形成されているので、細隙状の貫通孔を、接着性樹脂フィルムの切除や切り欠き形成により設けることが可能となる。したがって、石英、ホウ珪酸ガラスのような硬い素材にエッチング加工や、半導体プロセスによる加工を行って微細な反応流路を形成するよりも容易であり、低コストで加工することができる。更に、接着性樹脂フィルムの密着性により微細な反応流路の密閉性が高められ、反応原料を微細な反応流路に導入する際の圧力の損失を少なくすることができるため、高度に微細化された反応流路の形成が可能となる。また、該反応流路を流通する反応原料等が漏れることを防止できる。 According to the present invention, the inner surface of the slit-shaped through-hole provided in the adhesive resin film, the first substrate bonded to one surface of the adhesive resin film, and the other of the adhesive resin film Since the fine reaction channel is formed by the second substrate bonded to the surface, it is possible to provide the slit-like through hole by excision of the adhesive resin film or notch formation. Therefore, it is easier than etching processing or processing by a semiconductor process such as quartz or borosilicate glass to form a fine reaction channel, and processing can be performed at low cost. In addition, the adhesiveness of the adhesive resin film enhances the tightness of the fine reaction channel and reduces pressure loss when introducing the reaction raw material into the fine reaction channel. The formed reaction channel can be formed. In addition, it is possible to prevent leakage of reaction raw materials and the like flowing through the reaction channel.
本発明の第2の態様に係るマイクロ反応装置は、同一平面上に配設される複数枚の接着性樹脂フィルムと、該複数枚の接着性樹脂フィルムのうち、隣り合う接着性樹脂フィルムの端辺同士が、その端辺上の各点より法線方向へ所定の距離を保つように配設されて形成された細隙と、前記複数枚の接着性樹脂フィルムが形成する平面の一方の面に接合された第一基板と、前記複数枚の接着性樹脂フィルムが形成する平面の他方の面に接合された第二基板と、を備え、前記第一基板と前記第二基板と前記細隙の内面により、微細な反応流路が形成されていることを特徴とするものである。本発明によれば、第1の態様と同様の作用効果を得ることができる。 The microreaction apparatus according to the second aspect of the present invention includes a plurality of adhesive resin films disposed on the same plane, and an end of an adjacent adhesive resin film among the plurality of adhesive resin films. One surface of the plane formed by the slit formed by the sides being arranged so as to maintain a predetermined distance in the normal direction from each point on the end side, and the plurality of adhesive resin films A first substrate bonded to the second substrate, and a second substrate bonded to the other surface of the plane formed by the plurality of adhesive resin films, the first substrate, the second substrate, and the slit A minute reaction flow path is formed by the inner surface of. According to the present invention, the same effect as that of the first aspect can be obtained.
本発明の第3の態様に係るマイクロ反応装置は、第1の態様または第2の態様において、前記接着性樹脂フィルムを成す素材は、接着性フッ素樹脂であることを特徴とするものである。ここで、「接着性フッ素樹脂」は、常温では非接着性でありながら比較的低い融点以上の温度で接着性が現れ、また常温ではフッ素樹脂としての化学的な安定性を有するものである。 The microreaction apparatus according to a third aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect or the second aspect, the material constituting the adhesive resin film is an adhesive fluororesin. Here, the “adhesive fluororesin” is non-adhesive at normal temperature but exhibits adhesiveness at a temperature of a relatively low melting point or higher, and has chemical stability as a fluororesin at normal temperature.
本発明によれば、第1の態様または第2の態様と同様の作用効果に加え、接着性フッ素樹脂の高い耐薬品性によって、有機溶媒やハロゲン化物等の反応原料を反応流路に流通させることが可能となり、様々な反応に利用可能なマイクロ反応装置とすることができる。 According to the present invention, in addition to the same effect as the first aspect or the second aspect, reaction raw materials such as organic solvents and halides are circulated in the reaction flow path due to the high chemical resistance of the adhesive fluororesin. Therefore, a micro reaction apparatus that can be used for various reactions can be obtained.
本発明の第4の態様に係るマイクロ反応装置は、第1の態様乃至第3の態様のいずれか1つにおいて、前記第一基板および/または前記第二基板の前記接着性樹脂フィルムとの接合面に触媒を備えていることを特徴とするものである。本発明によれば、第1の態様乃至第3の態様のいずれかのマイクロ反応装置を、触媒反応に利用することができる。 The microreaction apparatus according to a fourth aspect of the present invention is the microreaction apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein the first substrate and / or the second substrate is bonded to the adhesive resin film. The surface is provided with a catalyst. According to the present invention, the microreaction apparatus according to any one of the first to third aspects can be used for the catalytic reaction.
本発明の第5の態様に係るマイクロ反応装置は、第4の態様において、前記触媒は光触媒であることを特徴とするものである。本発明によれば、第4の態様に係るマイクロ反応装置を、光触媒反応に利用することができる。特に、本態様のマイクロ反応装置の反応流路はエッチング加工が行われていないので、該反応流路の表面は、石英、ホウ珪酸ガラス等で形成された第一基板および第二基板自体の高い光透過性が維持されているため、マイクロ反応装置の外側から照射する光を有効に利用することができる。 The microreaction apparatus according to a fifth aspect of the present invention is characterized in that, in the fourth aspect, the catalyst is a photocatalyst. According to the present invention, the microreaction apparatus according to the fourth aspect can be used for the photocatalytic reaction. In particular, since the reaction channel of the microreactor of this embodiment is not etched, the surface of the reaction channel is high on the first substrate and the second substrate formed of quartz, borosilicate glass, or the like. Since the light transmittance is maintained, the light irradiated from the outside of the micro reactor can be used effectively.
本発明の第6の態様に係るマイクロ反応装置の製造方法は、接着性樹脂フィルムに細隙状の貫通孔を設ける工程と、該細隙状の貫通孔を設けた接着性樹脂フィルムの一方の面に第一基板を該接着性樹脂フィルムの接着性に基いて接合し、他方の面に第二基板を該接着性樹脂フィルムの接着性に基いて接合し、前記第一基板と前記第二基板と前記貫通孔の内面により、微細な反応流路を形成する工程と、を有することを特徴とするものである。 The method for producing a microreaction apparatus according to the sixth aspect of the present invention includes a step of providing a slit-like through hole in an adhesive resin film, and one of the adhesive resin film provided with the slit-like through hole. The first substrate is bonded to the surface based on the adhesive property of the adhesive resin film, and the second substrate is bonded to the other surface based on the adhesive property of the adhesive resin film. And a step of forming a fine reaction channel by the substrate and the inner surface of the through hole.
本発明によれば、微細な反応流路を備えるマイクロ反応装置を容易に、且つ、低コストで製造することができる上、接着性樹脂フィルムの密着性により密閉性の高い微細な流路を備えたマイクロ反応装置とすることができる。 According to the present invention, a microreaction apparatus having a fine reaction channel can be easily manufactured at low cost, and a fine channel having a high sealing property is provided by the adhesiveness of the adhesive resin film. A microreactor.
本発明の第7の態様に係るマイクロ反応装置の製造方法は、複数枚の接着性樹脂フィルムを第一基板上の同一平面上に配設し、更に、隣り合う接着性樹脂フィルムの端辺同士を、その端辺上の各点より法線方向へ所定の距離を保つように配設して細隙を形成する工程と、該細隙を形成した接着性樹脂フィルムの一方の面に第一基板を該接着性樹脂フィルムの接着性に基いて接合し、他方の面に第二基板を該接着性樹脂フィルムの接着性に基いて接合し、前記第一基板と前記第二基板と前記細隙の内面により、微細な反応流路を形成する工程と、を有することを特徴とするものである。本発明によれば、第6の態様と同様の作用効果を得ることができる。 In the method for manufacturing a microreaction apparatus according to the seventh aspect of the present invention, a plurality of adhesive resin films are disposed on the same plane on the first substrate, and the edges of the adjacent adhesive resin films are further aligned. Are arranged so as to maintain a predetermined distance in the normal direction from each point on the edge, and a slit is formed, and a first surface is formed on one surface of the adhesive resin film in which the slit is formed. The substrate is bonded based on the adhesive property of the adhesive resin film, and the second substrate is bonded to the other surface based on the adhesive property of the adhesive resin film, and the first substrate, the second substrate, and the fine substrate are bonded. And a step of forming a fine reaction channel by the inner surface of the gap. According to the present invention, the same effect as that of the sixth aspect can be obtained.
本発明の第8の態様に係るマイクロ反応装置の製造方法は、第6の態様または第7の態様において、前記接着性樹脂フィルムを成す素材は、接着性フッ素樹脂であることを特徴とするものである。本発明によれば、第3の態様と同様の作用効果を奏するマイクロ反応装置を製造することができる。 The method for manufacturing a microreaction apparatus according to an eighth aspect of the present invention is characterized in that, in the sixth aspect or the seventh aspect, the material constituting the adhesive resin film is an adhesive fluororesin. It is. According to the present invention, it is possible to manufacture a microreactor that exhibits the same effects as the third aspect.
本発明の第9の態様に係るマイクロ反応装置の製造方法は、第6の態様乃至第8の態様のいずれか1つにおいて、前記第一基板と前記第二基板を接着性樹脂フィルムと接合する前に、前記第一基板および/または前記第二基板の前記接着性樹脂フィルムとの接合面に触媒を設ける工程を有することを特徴とするものである。本発明によれば、第4の態様と同様の作用効果を奏するマイクロ反応装置を製造することができる。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the method for manufacturing a microreaction apparatus according to any one of the sixth to eighth aspects, wherein the first substrate and the second substrate are bonded to an adhesive resin film. Before, it has the process of providing a catalyst in the joint surface with the said adhesive resin film of said 1st board | substrate and / or said 2nd board | substrate, It is characterized by the above-mentioned. According to the present invention, it is possible to manufacture a microreaction apparatus that exhibits the same effects as the fourth aspect.
本発明の第10の態様に係る集積化マイクロ反応モジュールは、接着性樹脂フィルムと、該接着性樹脂フィルムに設けられた複数の細隙状の貫通孔と、前記接着性樹脂フィルムの一方の面に接合された第一基板と、前記接着性樹脂フィルムの他方の面に接合された第二基板と、を備え、前記第一基板と前記第二基板と前記貫通孔の内面により、複数の微細な反応流路を有する反応流路部が形成されている集積化マイクロ反応モジュールであって、前記反応流路部は、複数の微細な反応流路が平行に配列されて成る集積流路部と、前記複数の微細な反応流路が、共通の流体導入口と共通の流体排出口とに合流するように形成された共通流路部と、を備え、前記第一基板および/または前記第二基板の前記接着性樹脂フィルムとの接合面に触媒を備えていることを特徴とするものである。 An integrated microreaction module according to a tenth aspect of the present invention includes an adhesive resin film, a plurality of slit-like through holes provided in the adhesive resin film, and one surface of the adhesive resin film. And a second substrate bonded to the other surface of the adhesive resin film, and the first substrate, the second substrate, and the inner surface of the through-holes, An integrated micro reaction module in which a reaction flow path portion having various reaction flow paths is formed, and the reaction flow path portion includes an integrated flow path portion in which a plurality of fine reaction flow paths are arranged in parallel. A plurality of fine reaction channels, and a common channel part formed so as to merge with a common fluid inlet and a common fluid outlet, the first substrate and / or the second A catalyst is applied to the bonding surface of the substrate with the adhesive resin film. It is characterized in that that example.
本発明によれば、第1の態様と同様の作用効果に加え、反応原料を一つの流体導入口に導入することによって、該反応原料が、集積化された複数の微細な反応流路に送り込まれ、大容量の触媒反応を行うことができる。更に、各反応流路から排出される反応物は、再度合流されて一つの流体排出口から排出されるので、その回収が容易である。 According to the present invention, in addition to the same effect as the first aspect, the reaction raw material is introduced into a plurality of integrated fine reaction flow paths by introducing the reaction raw material into one fluid inlet. Therefore, a large volume of catalytic reaction can be performed. Furthermore, the reactants discharged from each reaction channel are merged again and discharged from one fluid outlet, so that the recovery is easy.
更に、複数の微細な反応流路を集積化することによってマイクロ反応装置を大容量化するに際して、接着性樹脂フィルムを第一基板と第二基板の間に介在させて積層させているため、製造簡単にして高精度に集積化することができる。 Furthermore, since the adhesive resin film is laminated between the first substrate and the second substrate when the capacity of the microreactor is increased by integrating a plurality of fine reaction channels, it is manufactured. It can be easily integrated with high accuracy.
本発明の第11の態様に係る集積化マイクロ反応モジュールは、第10の態様において、前記集積流路部と前記共通流路部との間に、集積流路部に導入される流体および集積流路部から排出される流体の条件を均一にするための共通幅広流路部を備えていることを特徴とするものである。集積流路部に導入される流体および集積流路部から排出される流体の「条件」は、例えば導入圧力、流体に含まれる原料および反応生成物の濃度等が挙げられる。 An integrated microreaction module according to an eleventh aspect of the present invention is the integrated microreaction module according to the tenth aspect, wherein the fluid and the integrated flow introduced into the integrated flow path between the integrated flow path and the common flow path. It is characterized by having a common wide channel part for making the conditions of the fluid discharged from the channel part uniform. “Conditions” of the fluid introduced into the integrated flow path section and the fluid discharged from the integrated flow path section include, for example, the introduction pressure, the concentration of raw materials and reaction products contained in the fluid, and the like.
本発明によれば、共通の流体導入口側の共通流路部と集積流路部との間に前記共通幅広流路部が設けられていることによって、前記共通の流体導入口と集積流路部の各微細な反応流路との位置関係の違いによる、それぞれの微細な反応流路への反応原料の導入圧力差を均一化することができる。 According to the present invention, the common fluid introduction port and the integration channel are provided by providing the common wide channel unit between the common channel unit and the integration channel unit on the common fluid introduction port side. The difference in the introduction pressure of the reaction raw material into each fine reaction channel due to the difference in the positional relationship with each fine reaction channel of the part can be made uniform.
また、共通の流体排出口側の共通流路部と集積流路部との間に前記共通幅広流路部が設けられていることによって、それぞれの微細な反応流路内での反応性の違いによる反応生成物の濃度差を均一化することができる。 In addition, since the common wide flow channel portion is provided between the common flow channel portion on the common fluid discharge port side and the integrated flow channel portion, the difference in reactivity in each fine reaction flow channel The concentration difference of the reaction product due to can be made uniform.
本発明の第12の態様に係る集積化マイクロ反応モジュールは、第11の態様において、前記共通幅広流路部は、前記第一基板および/または前記第二基板に形成された凹部によって構成されていることを特徴とするものである。本発明によれば、第11の態様と同様の作用効果を構造簡単にして得ることができる。 An integrated micro reaction module according to a twelfth aspect of the present invention is the integrated microreaction module according to the eleventh aspect, wherein the common wide channel portion is constituted by a recess formed in the first substrate and / or the second substrate. It is characterized by being. According to the present invention, the same effect as that of the eleventh aspect can be obtained with a simple structure.
本発明の第13の態様に係る有機ヒ素汚染水の浄化方法は、第10の態様乃至第12の態様のいずれか1つの集積化マイクロ反応モジュールを用いて、有機ヒ素汚染水を浄化処理することを特徴とするものである。 According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a method for purifying organic arsenic-contaminated water, wherein the organic arsenic-contaminated water is purified using any one of the integrated micro reaction modules according to the tenth to twelfth aspects. It is characterized by.
本発明によれば、接着性樹脂フィルムに設けられた細隙状の貫通孔の内面と、該接着性樹脂フィルムの一方の面に接合された第一基板と、該接着性樹脂フィルムの他方の面に接合された第二基板とにより、微細な反応流路が形成されているので、密閉性の高い微細な流路の形成が容易であり、且つ低コストで加工することができる。 According to the present invention, the inner surface of the slit-shaped through-hole provided in the adhesive resin film, the first substrate bonded to one surface of the adhesive resin film, and the other of the adhesive resin film Since the fine reaction flow path is formed by the second substrate bonded to the surface, it is easy to form a fine flow path with high hermeticity and can be processed at low cost.
[実施例1]
以下、本発明に係るマイクロ反応装置の一実施例について説明する。図1は実施例1に係るマイクロ反応装置を構成する第一基板、接着性樹脂フィルム、および第二基板の斜視図、図2は図1の第一基板、接着性樹脂フィルム、および第二基板を接合して形成したマイクロ反応装置の斜視図、図3は図2のIII−III矢視図である。
[Example 1]
Hereinafter, an embodiment of the microreaction apparatus according to the present invention will be described. 1 is a perspective view of a first substrate, an adhesive resin film, and a second substrate constituting the microreaction apparatus according to Example 1, and FIG. 2 is a first substrate, an adhesive resin film, and a second substrate of FIG. FIG. 3 is a perspective view of the microreactor formed by joining together. FIG. 3 is a view taken along the line III-III in FIG.
実施例1に係るマイクロ反応装置1は、接着性樹脂フィルム3と、該接着性樹脂フィルム3に設けられた細隙状の貫通孔5と、前記接着性樹脂フィルム3の一方の面6に接合された第一基板2と、前記接着性樹脂フィルム3の他方の面7に接合された第二基板4と、を備え、前記第一基板2と前記第二基板3と前記貫通孔の内面10により、微細な反応流路11が形成されて構成されている。
The microreaction apparatus 1 according to Example 1 is bonded to an
すなわち、前記接着性樹脂フィルム3に設けられた細隙状の貫通孔5の幅および長さが、微細な反応流路11の幅および長さとなる。また、接合後の接着性樹脂フィルム3の厚みが、微細な反応流路11の深さとなる。
That is, the width and length of the slit-like through-
接着性樹脂フィルム3は、常温または加熱による自己接着性を有する樹脂フィルムであり、例えば、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。フッ素樹脂は高い耐薬品性を有するため、反応流路11を形成する材料としては特に好ましい。
The
前記接着性樹脂フィルム3は、市販されるシート状の樹脂フィルムを用いることができる。例えば、フッ素樹脂では、ダイキン工業株式会社製、ネオフロン(登録商標)EFEPのRP−4020またはRP−5000等が挙げられる。RP−4020は、その融点は一般的なフッ素樹脂(例えばETFE、融点265℃)よりも低く約160℃であるので、後述する反応流路11に触媒を設ける場合のように、その触媒の変性温度に起因した接着温度制限がある際に利用できることに加え、常温では非粘着性であり、フッ素樹脂としての化学的な安定性および耐薬品性を備えているため、微細な反応流路11を構成する接着性樹脂フィルム3としては特に適している。
As the
また、前記接着温度制限がない場合であって、形成したマイクロ反応装置1の使用温度を高く設定したい場合には、より高温で接着される接着性樹脂フィルム3を選択することもできる。また、反応流路11に設ける触媒が光触媒である場合には、照射する光を有効に利用するため、光透過性の高い、透明な樹脂を用いることが望ましい。
In addition, when there is no limitation on the bonding temperature and when it is desired to set the use temperature of the formed microreactor 1 high, the
更に、マイクロ反応装置1の反応流路11の深さは25μm〜1000μmであることが好ましい。前記接着性樹脂フィルム3を加熱によって融着させる場合には、その融着により形成された反応流路11の深さは、融着前の接着性樹脂フィルム3のシート厚よりも薄くなる。したがって、接着性樹脂フィルム3の樹脂性質に応じて、接合後の接着性樹脂フィルム3の厚みが所望の反応流路11の深さになるようなシート厚のものを選択する。
Furthermore, the depth of the
前記接着性樹脂フィルム3には、細隙状の貫通孔5が設けられている。前記細隙状の貫通孔5は、接着性樹脂フィルム3の切除、切り欠き形成等の公知の技術を用いて設けることができる。接着性樹脂フィルム3は樹脂である上、非常に薄い(数十〜数百μm)ため、石英やホウ珪酸ガラス等のエッチング加工よりもその加工が容易である。微細な反応流路の流路幅となる前記細隙状の貫通孔5の幅は50〜5000μmであることが好ましい。
The
図4(A)、図4(B)および図4(C)は、接着性樹脂フィルムに形成される細隙状の貫通孔によって形成される微細な反応流路の例を示す図である。図4(A)は直線状の細隙状貫通孔から成る反応流路11aである。また、図4(B)のように、枝分かれ構造を備えた細隙状の貫通孔によって、反応流路11bのような複数の原料の導入および反応物の分離が可能な構成とすることもできる。また、図4(C)は、緩やかな折り返し点を設けた細隙状の貫通孔によって、長い反応流路11cを形成することもできる。
4 (A), 4 (B), and 4 (C) are diagrams showing examples of fine reaction channels formed by slit-like through holes formed in the adhesive resin film. FIG. 4A shows a
次に、第一基板2および第二基板4について説明する。第一基板2および第二基板4は、前記接着性樹脂フィルム3の一方の面6および他方の面7にそれぞれ接合され、マイクロ反応装置1の反応流路11の天面および底面を形成するものである。
第一基板2および第二基板4は、反応流路内の視認性および光透過性の高い透明な板材、例えば、石英、ホウ珪酸ガラス、アクリル等の板材であることが好ましい。特に、耐薬品性の観点から、石英またはホウ珪酸ガラスであることが好ましい。
Next, the
The
第一基板2には、前記反応流路11の始点12および終点13に対応する位置に、反応流路11に反応原料を導入するための流体導入口8と、反応流路3を通過した反応物が取り出される流体排出口9が形成されている。前記流体導入口8および流体排出口9は、いずれか一方または両方を第二基板4に設けることもできる。
The
また、第一基板2および第二基板4のいずれか一方または両方の前記接着性樹脂フィルム3との接合面14、15には、触媒を設けることができる。このことによって、反応流路11の天面と底面のいずれか一方または両方に触媒16が設けられ、反応原料が該反応流路11を通過している間に各種触媒反応を行うことができる。
Moreover, a catalyst can be provided on the bonding surfaces 14 and 15 of the
このように、マイクロ反応装置1の反応流路11の天面および底面を成す、第一基板2の前記接着性樹脂フィルム3との接合面14と第二基板4の前記接着性樹脂フィルム3との接合面15、すなわち、エッチング加工等を行っていない平らな面に予め触媒16を設け、前記第一基板2および第二基板4の接合面14、15を接着性樹脂フィルム3と接合して反応流路11を形成すれば、触媒16の形成が容易である。
Thus, the
特に、触媒16が光触媒である場合には、第一基板2または第二基板4の光透過性が重要である。石英、ホウ珪酸ガラス等にエッチング加工を施すと、そのエッチング加工面は白く擦りガラス状になり、光透過性が低くなる。石英、ホウ珪酸ガラス等で形成された第一基板および第二基板自体の高い光透過性が維持された基板表面に、触媒を設けることによって、マイクロ反応装置の外側から照射する光を有効に利用することができる。なお、触媒16は、前記接着性樹脂フィルム3との接合面の全面に設けることが望ましいが、前記反応流路を成す部分にだけ設けることも可能である。
In particular, when the
前記触媒16は、前記第一基板2または第二基板4に固設できるものであればよく、光触媒、金属触媒、酵素等が挙げられる。ここで、光触媒や酵素は、比較的低温の加熱温度で変性(失活)することが知られている。光触媒のうち二酸化チタン(TiO2)は、約650℃でその結晶構造がアナターゼ型からルチル型に転移し、光触媒活性が低くなってしまう。また、より低い温度での加熱(300〜500℃)でも触媒の変性等により活性が低下する虞がある。また、酵素はタンパク質であり、その変性温度は更に低く100℃以下で失活してしまうものが多い。このような場合は、使用する触媒の変性温度以下で接合できる接着性樹脂フィルム3を選択する。
The
このように、接着性樹脂フィルム3に設けられた細隙状の貫通孔5の内面10と、該接着性樹脂フィルムの一方の面6に接合された第一基板2と、該接着性樹脂フィルム3の他方の面7に接合された第二基板4とにより、微細な反応流路11が形成されているので、マイクロ反応装置1の製造は容易、且つ低コストである。更に、接着性樹脂フィルム3の密着性により微細な反応流路11の密閉性が高められ、反応原料を微細な反応流路11に導入する際の圧力の損失を少なくすることができるため、高度に微細化された反応流路11の形成が可能となる。また、該反応流路11を流通する反応原料等が漏れることを防止できる。
Thus, the
[実施例2]
次に、本発明に係るマイクロ反応装置の他の実施例について説明する。図5は実施例2に係るマイクロ反応装置を構成する第一基板、接着性樹脂フィルム、および第二基板の斜視図、図6は図5の第一基板、接着性樹脂フィルム、および第二基板を接合して形成したマイクロ反応装置の斜視図、図7は図6のVII−VII矢視図である。
[Example 2]
Next, another embodiment of the microreaction apparatus according to the present invention will be described. 5 is a perspective view of a first substrate, an adhesive resin film, and a second substrate constituting the microreaction apparatus according to Example 2, and FIG. 6 is a first substrate, an adhesive resin film, and a second substrate of FIG. 7 is a perspective view of a microreactor formed by joining together, and FIG. 7 is a view taken in the direction of arrows VII-VII in FIG.
実施例2に係るマイクロ反応装置21は、第一基板22上の同一平面上に配設される複数枚の接着性樹脂フィルム23a、23bと(図5では、解りやすくするために接着性樹脂フィルム23a、23bが第一基板22に配設される前の状態を示している。)、該複数枚の接着性樹脂フィルム23a、23bのうち、隣り合う接着性樹脂フィルム23a、23bの端辺32a、32b同士が、その端辺上の各点より法線方向へ所定の距離を保つように配設されて形成された細隙25と、前記複数枚の接着性樹脂フィルム23a、23bが形成する平面の一方の面26に接合された第一基板22と、前記複数枚の接着性樹脂フィルム23a、23bが形成する平面の他方の面27に接合された第二基板24と、を備え、前記第一基板22と前記第二基板24と前記細隙25の内面30により、微細な反応流路31が形成されて構成されている。
The
すなわち、接着性樹脂フィルム23a、23bが、微細な反応流路31の流路幅となる間隔をあけて配置されて、前記細隙25を形成している。また、端辺32a、32bの長さが流路長となり、接合後の接着性樹脂フィルム23の厚みが、微細な反応流路11の深さとなる。
That is, the
本実施例では、第一基板22、接着性樹脂フィルム23a、23b、および第二基板24を、接着性樹脂フィルムの接着性に基いて接合し、形成されたマイクロ反応装置の側面に形成される開口を、反応流路31に反応原料を導入するための流体導入口28と、反応流路31を通過した反応物が取り出される流体排出口29として利用することができるため、第一基板22または第二基板24に流体導入口28および流体排出口29としての穴を設けない構成とすることができる。
In this embodiment, the
図8(A)および図8(B)は、複数の接着性樹脂フィルムを配置して形成される細隙によって構成される微細な反応流路の例である。図8(A)は、2枚の接着性樹脂フィルム23a、23bによって形成される直線状の細隙から成る反応流路31aである。また、図8(B)のように、4枚の接着性樹脂フィルム23c、23d、23e、23fによって形成される枝分かれ構造を備えた細隙によって、反応流路31bのような複数の原料の導入および反応物の分離が可能な構成とすることができる。
FIG. 8A and FIG. 8B are examples of fine reaction flow paths constituted by slits formed by arranging a plurality of adhesive resin films. FIG. 8A shows a
接着性樹脂フィルム23a〜23fのような単純な形状は、接着性樹脂のシートをカッターなどで切断して形成することができるため、図8(A)および図8(B)のような単純な構成のマイクロ反応装置を、実験室レベルで簡易的に作成したい場合などに適している。もちろん、緻密な切断面を形成できる切断方法によって、精密なマイクロ反応装置を製造することもできる。
The simple shapes such as the
[実施例3]
次に、本発明に係る集積化マイクロ反応モジュールの一実施例について説明する。図9は実施例3に係るマイクロ反応装置を構成する第一基板、接着性樹脂フィルム、および第二基板の斜視図、図10は図9の第一基板、接着性樹脂フィルム、および第二基板を接合して形成したマイクロ反応装置の斜視図、図11は図10のXI−XI矢視図である。
[Example 3]
Next, an embodiment of the integrated micro reaction module according to the present invention will be described. 9 is a perspective view of a first substrate, an adhesive resin film, and a second substrate constituting the microreaction apparatus according to Example 3, and FIG. 10 is a first substrate, an adhesive resin film, and a second substrate of FIG. FIG. 11 is a XI-XI arrow view of FIG. 10.
実施例3に係る集積化マイクロ反応モジュールは、接着性樹脂フィルム43に設けられた貫通孔が、複数の細隙状の貫通孔45であり、接着性樹脂フィルム43の一方の面46に接合された第一基板42と、接着性樹脂フィルム43の他方の面47に接合された第二基板44と、前記貫通孔45の内面50により形成された複数の微細な反応流路を有する反応流路部51が形成されているものである。
In the integrated micro reaction module according to Example 3, the through-hole provided in the
本実施例において、接着性樹脂フィルム43、第一基板42および第二基板44の材質と、複数の細隙状の貫通孔45の形成方法は、実施例1のマイクロ反応装置1と同様であるため、その説明は省略する。
In this embodiment, the material of the
次に、前記反応流路部51について説明する。図12(A)、図12(B)、図12(C)、および図22は、実施例3に係る集積化マイクロ反応モジュールの複数の微細な反応流路を有する反応流路部51の構成例である。
Next, the
前記反応流路部51は、複数の微細な反応流路が平行に配列されて成る集積流路部56と、前記複数の微細な反応流路が、共通の流体導入口と共通の流体排出口とに合流するように形成された共通流路部57とを備えている。
The
図12(A)は複数の微細な反応流路が、一つの共通の流体導入口52aと、一つの共通の流体排出口53aとに合流するように形成された反応流路部51aである。
FIG. 12A shows a
反応原料を一つの共通の流体導入口52aに導入することによって、該反応原料が、集積化された複数の微細な反応流路に送り込まれるので、大容量の触媒反応を行うことができる。更に、各反応流路から排出される反応物は、再度合流されて一つの流体排出口53aから排出されるので、その回収が容易である。
By introducing the reaction raw material into one common
図12(B)は複数の微細な反応流路が、二つの共通の流体導入口52b1、52b2と、二つの共通の流体排出口53b1、53b2とに合流するように形成された反応流路部51bである。 FIG. 12B shows a reaction channel portion formed such that a plurality of fine reaction channels merge with two common fluid inlets 52b1 and 52b2 and two common fluid outlets 53b1 and 53b2. 51b.
共通の流体導入口52b1、52b2および流体排出口53b1、53b2は、前記複数の微細な反応流路の本数に応じて、共通の流体導入口は適宜増やすことができる。いくつかの反応流路を合流させる構成とすることによって、原料導入用のポンプ等の数を減らすことができるため、コストダウンに繋がる。 The common fluid inlets 52b1 and 52b2 and the fluid outlets 53b1 and 53b2 can be appropriately increased according to the number of the plurality of fine reaction channels. By adopting a configuration in which several reaction channels are joined, the number of raw material introduction pumps and the like can be reduced, which leads to cost reduction.
図12(C)は集積流路部56と前記共通流路部57との間に、集積流路部56に導入される流体および集積流路部56から排出される流体の条件を均一にするための共通幅広流路部58を備えた反応流路部51cである。
FIG. 12C shows that the conditions of the fluid introduced into the integrated
共通の流体導入口52c側の共通流路部57と集積流路部56との間に前記共通幅広流路部58が設けられていることによって、前記共通の流体導入口52cと集積流路部56の各微細な反応流路との位置関係の違いによる、それぞれの微細な反応流路への反応原料の導入圧力差を均一化することができる。
The common wide
また、共通の流体排出口53c側の共通流路部57と集積流路部56との間に前記共通幅広流路部58が設けられていることによって、それぞれの微細な反応流路内での反応性の違いによる反応生成物の濃度差を均一化し、共通の流体排出口53cから排出することができる。
Further, by providing the common wide
更に、共通幅広流路部58は、図22のように、共通流路部57から集積流路部56に向けて放射状に広がった形状(共通流路部57を要とした扇状)とすることが好ましい。このような形状にすることによって、前記共通流路部57から集積流路部56への反応原料の導入圧力の均一化、および前記集積流路部56から送り出された反応生成物の濃度の均一化を効率よく行うことができる。
Furthermore, as shown in FIG. 22, the common wide
本実施例においても、第一基板42および第二基板44のいずれか一方または両方の前記接着性樹脂フィルム43との接合面44、45には、触媒(図示せず)を設けることができる。このことによって、反応流路51の天面と底面のいずれか一方または両方に触媒(図示せず)が設けられ、反応原料が該反応流路41を通過している間に各種触媒反応を行うことができる。
Also in the present embodiment, a catalyst (not shown) can be provided on the bonding surfaces 44 and 45 of the first and
[実施例4]
図13〜図17は、集積化マイクロ反応モジュールの他の実施例を示す図である。図13は実施例4に係る集積化マイクロ反応モジュールの平面図、図14は図13のXIV−XIV矢視図、図15は図14のXV−XV矢視図、図16は図14のXVI−XVI矢視図、図17は図13のXVII−XVII矢視図である。図23は、第二基板に設けられる凹部79の形状の他の例を示す図である。
[Example 4]
13 to 17 are diagrams showing another embodiment of the integrated micro reaction module. 13 is a plan view of the integrated micro reaction module according to Example 4, FIG. 14 is a view taken along arrow XIV-XIV in FIG. 13, FIG. 15 is a view taken along arrow XV-XV in FIG. 14, and FIG. FIG. 17 is a view taken in the direction of arrow XVI and FIG. 17 is a view taken in the direction of arrow XVII-XVII in FIG. FIG. 23 is a diagram illustrating another example of the shape of the
本実施例は、実施例4の図12(C)の構成において、接着性樹脂フィルム43に設けられた貫通孔によって形成されていた共通幅広流路部を構造簡単に形成できるものである。集積化マイクロ反応モジュール61は、実施例4と同じく複数の細隙状の貫通孔65が設けられた接着性樹脂フィルム63と、前記接着性樹脂フィルムの一方の面に接合された第一基板62と、前記接着性樹脂フィルムの他方の面に接合された第二基板64とによって形成され、前記第一基板62と前記第二基板64と前記貫通孔65の内面70により、複数の微細な反応流路部71が形成される。また、第一基板62の接着性樹脂フィルム63に接合される接合面には触媒66が設けられている。
In the present embodiment, the common wide channel portion formed by the through hole provided in the
接着性樹脂フィルム63には、図15のように独立した細隙状の貫通孔65が平行に並べられて形成されている。独立した細隙状の貫通孔65は集積反応流路部76(図17)を形成する。そして、第二基板64の接着性樹脂フィルム63に接合される接合面には、前記独立した細隙状の貫通孔65によって形成される集積反応流路部76を合流させる共通幅広流路部78を成す凹部79が、前記細隙状の貫通孔65の両端に対応する位置に設けられている(図16)。
In the
本実施例では、更に、前記第二基板64の前記接合面は、集積反応流路部76への共通の流体導入口および集積反応流路部からの共通の流体排出口となる共通流路部77を構成する凹部80を備えている。共通流路部77は、このように第二基板64へ凹部80を設けることによっても形成できるが、接着性樹脂フィルム63に、前記独立した細隙状の貫通孔65とは別の貫通孔を設けて形成することも可能である。
In this embodiment, the joint surface of the
また、共通幅広流路部78を成す凹部79は、図23のように、共通流路部77を成す凹部80から放射状に広がった形状(共通流路部77を成す凹部80を要とした扇状)とすることもできる。このことによって、共通流路部77から集積反応流路部76への反応原料の導入圧力の均一化、および前記集積流路部76から送り出された反応生成物の濃度の均一化を効率よく行うことができる。
Further, as shown in FIG. 23, the
このような構成の第一基板62、接着性樹脂フィルム63、第二基板64を接着することによって、図14および図17のような共通幅広流路部78を備えた反応流路部71を構成することができる。本実施例において、接着性樹脂フィルム63には、独立した細隙状の貫通孔65が平行に並べられて設けられているので、前記貫通孔65の形成後の接着性樹脂フィルムは一枚の連続したシート状であり、その取り扱いが容易であると共に、第一基板62および第二基板64への接着も容易である。
By bonding the
集積化マイクロ反応モジュール61を一つの単位として、該集積化マイクロ反応モジュール61を組み合わせることによって、微細な反応流路で行うマイクロ反応を大容量で行うことが可能となる。
By using the integrated
[実施例5]
本実施例は、実施例4の集積化マイクロ反応モジュールの第一基板62の上側に、UVダイオード素子モジュールを設け、微細な反応流路の上面から紫外線を照射し、光触媒反応を行うことを可能にした光触媒反応用集積化マイクロ反応モジュールである。
[Example 5]
In this example, a UV diode element module is provided on the upper side of the
図18〜図20は、光触媒反応用集積化マイクロ反応モジュールの一実施例を示す図であり、図18は実施例5の光触媒反応用集積化マイクロ反応モジュールの平面図、図19は図18のXIX−XIX矢視図、図20は図18のXX−XX断面図である。図21(A)〜(C)は、UVダイオード素子モジュールの構成を示す図であり、(A)はUVダイオード素子モジュールの平面図、(B)はUVダイオード素子モジュールの底面図、(C)は図21(B)のc-c矢視図である。
18 to 20 are diagrams showing an embodiment of the integrated micro reaction module for photocatalytic reaction, FIG. 18 is a plan view of the integrated micro reaction module for photocatalytic reaction of
まず、集積化マイクロ反応モジュール61の上に搭載されるUVダイオード素子モジュール91について説明する。図21(C)に示されるように、UVダイオード素子モジュール91は、UVダイオード部92とモジュール冷却部93とを備えている。UVダイオード部92は、公知の紫外線発光ダイオード(UV−LED)が用いられる。モジュール冷却部93は、UVダイオード部92の発熱を冷却するものであり、冷却水流路94に冷却水を流通させる構成である。
First, the UV
本実施例では、前記UVダイオード素子モジュール91は、集積化マイクロ反応モジュール61の反応流路部71に沿って配置されるので(図20)、該反応流路部71の流路長すべてに紫外線を照射できる数のUVダイオード部が直列に配列される[図21(B)]。直列に配列されたUVダイオード部92の長さに応じてモジュール冷却部93の長さが決定される。配列されたUVダイオード部92とモジュール冷却部93はケーシング金枠95によって一体化され、一つのUVダイオード素子モジュール91を形成している。
In this embodiment, since the UV
このようなUVダイオード素子モジュール91を、実施例4と同様の構成を備えた集積化マイクロ反応モジュール61の上に配設する。該UVダイオード素子モジュール91は、図18および図19に示されるように、集積化された微細な反応流路の数、すなわち、反応流路が設けられている範囲に応じ、すべての流路に紫外線を照射できる数のUVダイオード素子モジュール91が並列に配設される。
Such a UV
UVダイオード素子モジュール91は、第一基板62上に直接設けることもできるが、図19および図20に示されるように、モジュールスペーサー96を用い、UVダイオード素子モジュール91と集積化マイクロ反応モジュール61の間に空間を設けることが好ましい。
Although the UV
UVダイオード素子モジュール91とモジュールスペーサー96と集積化マイクロ反応モジュール61とを、押さえ金具97および固定ボルト98で一体化し、光触媒反応用集積化マイクロ反応モジュール101として利用することができる。
The UV
[有機ヒ素分解反応実験]
次に、本発明に係るマイクロ反応装置を使用したマイクロ反応実験について説明する。本実験は、マイクロ反応装置を用いたジフェニルアルシン酸(以下、DPAA)の分解反応実験である。
[Organic arsenic decomposition reaction experiment]
Next, a micro reaction experiment using the micro reaction apparatus according to the present invention will be described. This experiment is a decomposition reaction experiment of diphenylarsinic acid (hereinafter referred to as DPAA) using a microreactor.
DPAAは、茨城県神栖町における地下水汚染の有機ヒ素化合物汚染の原因物質であり、その処理方法の確立が急務である。一方、無機ヒ素化合物を含有する汚染水の処理方法としては、鉄塩添加凝集沈殿法が実用化されている。しかし、DPAAは比較的安定な化合物であるとともに、ベンゼン環(フェニル基)を有するため、前記鉄塩添加凝集沈殿法では求められる水質基準の達成が困難であった。 DPAA is a causative substance of organic arsenic compound contamination of groundwater in Kamisu-cho, Ibaraki Prefecture, and the establishment of a treatment method is urgently needed. On the other hand, as a method for treating contaminated water containing an inorganic arsenic compound, an iron salt addition coagulation precipitation method has been put into practical use. However, since DPAA is a relatively stable compound and has a benzene ring (phenyl group), it has been difficult to achieve the water quality standard required by the iron salt-added aggregation precipitation method.
また、紫外線灯による光分解(貯留槽内でのバッチ式)を前処理として行う鉄塩添加凝集沈殿法が検討されたが、DPAAは光分解に対して難分解性であり、10ppmを超える高濃度汚染原水を処理するためには長時間を要すためコスト的に実現が困難であった。 Further, an iron salt-added coagulating sedimentation method in which photodegradation with an ultraviolet lamp (batch type in a storage tank) is performed as a pretreatment has been studied, but DPAA is hardly decomposable with respect to photolysis and has a high content exceeding 10 ppm. Since it took a long time to treat the concentration-contaminated raw water, it was difficult to realize in terms of cost.
本実験は、接着性樹脂フィルムの密着性により微細な反応流路の密閉性が高く、毒性が高いヒ素化合物を含有する汚染水が漏れることを防止できる上、光触媒を担持させることが可能であり、大容量の汚染水を処理するための集積化が可能な本発明に係るマイクロ反応装置を用いることによって、DPAAの光分解反応を効率よく行えば、光分解を有機ヒ素化合物汚染水処理に利用できる可能性が高まると考えて行ったものである。 In this experiment, due to the adhesiveness of the adhesive resin film, the tightness of the fine reaction channel is high, and it is possible to prevent leakage of contaminated water containing a highly toxic arsenic compound and to support a photocatalyst. If the photoreaction of DPAA is efficiently performed by using the microreactor according to the present invention that can be integrated to treat large volumes of contaminated water, photolysis can be used for treating organic arsenic compound contaminated water. It was done with the idea that the possibilities could be increased.
本実験では、実施例1、図1のマイクロ反応装置1と同じ構成のマイクロ反応装置を用いた。接着性樹脂フィルム3としては、180℃前後に溶融点を有する接着性フッ素樹脂フィルムを用いた。第一基板2および第二基板4は合成石英製であり、第二基板4の接着性樹脂フィルム3との接合面15に光触媒としてTiO2をゾル−ゲル法により担持したものを用いた。
In this experiment, a microreactor having the same configuration as that of the microreactor 1 of Example 1 and FIG. 1 was used. As the
反応流路11は、流路幅2mm、流路長50mmに形成した。流路深さは、45μmの前記接着性樹脂フィルム3を200℃前後で溶着して40μm前後に形成されている。また、光触媒反応を行うための光源としてはUV−LED(波長365nm)を用いた。第一基板2の上側に反応流路11に沿って光源(図示せず)を配置し、光触媒が設けられた第二基板4の前記接合面15の上面から紫外光を照射した。このマイクロ反応装置1を用い、DPAAを対象として光分解実験を行った。その結果を表1に示す。
The
総ヒ素濃度の分析は誘導結合プラズマ質量分析法(ICP/MS)によって行った。無機ヒ素化合物[三価:As(III)、五価:As(V)]、および有機ヒ素化合物[モノメチルアルソン酸(MMAA)、ジメチルアルソン酸(DMAA)、ジフェニルアルシン酸(DPAA)、フェニルアルソン酸(PAA)、メチルフェニルアルシン酸(PMAA)、トリメチルアルシンオキシド(TMAO)]の分析は、液体クロマトグラフィー−誘導結合プラズマ質量分析法(LC−ICP/MS)によって行った。 The total arsenic concentration was analyzed by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP / MS). Inorganic arsenic compounds [trivalent: As (III), pentavalent: As (V)] and organic arsenic compounds [monomethylarsonic acid (MMAA), dimethylarsonic acid (DMAA), diphenylarsinic acid (DPAA), phenylarsonic acid ( PAA), methylphenylarsinic acid (PMAA), trimethylarsine oxide (TMAO)] were analyzed by liquid chromatography-inductively coupled plasma mass spectrometry (LC-ICP / MS).
また、本実験では約80%の分解率で分解反応が収束しているように思われるが、反応条件(反応流路深さ、比表面積、反応温度等)を最適化することによって、分解率を高めることができると考えられる。 In this experiment, the decomposition reaction seems to converge at a decomposition rate of about 80%. By optimizing the reaction conditions (reaction channel depth, specific surface area, reaction temperature, etc.), the decomposition rate It is thought that it can raise.
CFD数値解析プログラムで微細反応流路を用いた連続フロー型光触媒マイクロ反応装置をモデル化し、フェノールの光分解反応についての数値解析を行った解析結果を参考にすると、反応流路深さを更に薄く形成し、深さ25μ〜40μmの反応流路を用いることによって分解率が95〜99%以上に向上する可能性もあると予想される。 Modeling a continuous-flow photocatalytic microreactor using fine reaction channels in the CFD numerical analysis program, and referring to the results of numerical analysis of phenol photolysis reaction, the reaction channel depth is further reduced. It is expected that the decomposition rate may be improved to 95 to 99% or more by forming and using a reaction channel having a depth of 25 to 40 μm.
また、マイクロ反応装置を用いることによって、有機ヒ素化合物(DPAA)から無機ヒ素化合物への分解を高効率で行うことができるので、実施例5で説明した集積化マイクロ反応モジュールを適用することによって、有機ヒ素汚染水に対する実用的な浄化装置を実現することができる。 In addition, by using a microreactor, decomposition from an organic arsenic compound (DPAA) to an inorganic arsenic compound can be performed with high efficiency. Therefore, by applying the integrated microreaction module described in Example 5, A practical purification device for organic arsenic-contaminated water can be realized.
本発明は、微細な流路内において化学反応、分離等を行うことができるマイクロ反応装置、その製造方法、および集積化マイクロ反応モジュール、および集積化マイクロ反応モジュールを用いた有機ヒ素汚染水の浄化方法として利用可能である。 The present invention relates to a microreaction apparatus capable of performing a chemical reaction, separation, etc. in a fine flow path, a manufacturing method thereof, an integrated microreaction module, and purification of organic arsenic contaminated water using the integrated microreaction module It can be used as a method.
1 マイクロ反応装置、 2 第一基板、 3 接着性樹脂フィルム、
4 第二基板、 5 細隙状の貫通孔、
8 流体導入口、 9 流体排出口、 10 貫通孔の内面、
11、11a、11b、11c 微細な反応流路、
14 第一基板の接着性樹脂フィルムとの接合面、
15 第二基板の接着性樹脂フィルムとの接合面、16 触媒、
21 マイクロ反応装置、 22 第一基板、
23、23a、23b、23c、23d、23e、23f 接着性樹脂フィルム、
24 第二基板、 25 細隙、 28 流体導入口、
29 流体排出口、 30 細隙の内面、
31、31a、31b 微細な反応流路、
41 集積化マイクロ反応モジュール、 42 第一基板、
43 接着性樹脂フィルム、 44 第二基板、
45 貫通孔、 50 貫通孔の内面、
51、51a、51b、51c、51d 反応流路部、
52、52a、52b1、52b2、52c、52d 流体導入口、
53、53a、53b1、53b2、53c、53d 流体排出口、
56 集積流路部、 57 共通流路部、 58 共通幅広流路部、
61 集積化マイクロ反応モジュール、 62 第一基板、
63 接着性樹脂フィルム、 64 第二基板、
65 複数の細隙状の貫通孔、 66 触媒、
70 細隙状の貫通孔の内面、 71 反応流路部、
76 集積反応流路部、 77 共通流路部、 78 共通幅広流路部、
79、80 凹部、
91 UVダイオード素子モジュール、
92 UVダイオード部、 93 モジュール冷却部、
101 光触媒反応用集積化マイクロ反応モジュール
1 micro reactor, 2 first substrate, 3 adhesive resin film,
4 second substrate, 5 slit-like through hole,
8 fluid inlet, 9 fluid outlet, 10 inner surface of through hole,
11, 11a, 11b, 11c Fine reaction flow path,
14 Bonding surface of first substrate with adhesive resin film,
15 Bonding surface of second substrate with adhesive resin film, 16 catalyst,
21 microreactor, 22 first substrate,
23, 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f Adhesive resin film,
24 second substrate, 25 slit, 28 fluid inlet,
29 fluid outlet, 30 inner surface of the slit,
31, 31a, 31b Fine reaction flow path,
41 integrated microreaction module, 42 first substrate,
43 adhesive resin film, 44 second substrate,
45 through hole, 50 inner surface of the through hole,
51, 51a, 51b, 51c, 51d reaction channel part,
52, 52a, 52b1, 52b2, 52c, 52d fluid inlet,
53, 53a, 53b1, 53b2, 53c, 53d Fluid outlet,
56 integrated flow channel portions, 57 common flow channel portions, 58 common wide flow channel portions,
61 integrated micro reaction module, 62 first substrate,
63 adhesive resin film, 64 second substrate,
65 a plurality of slit-like through holes, 66 catalyst,
70 inner surface of the slit-shaped through hole, 71 reaction channel portion,
76 integrated reaction channel part, 77 common channel part, 78 common wide channel part,
79, 80 recess,
91 UV diode element module,
92 UV diode section, 93 module cooling section,
101 Integrated micro reaction module for photocatalytic reaction
Claims (9)
該接着性樹脂フィルムに設けられた細隙状の貫通孔と、
光透過性の材料で形成され、エッチング加工等の前記光透過性を低下する加工が行われていない平らな面で構成され、該平らな面に前記接着性樹脂フィルムの一方の面が接合された第一基板と、
光透過性の材料で形成され、エッチング加工等の前記光透過性を低下する加工が行われていない平らな面の板で構成され、該平らな面に前記接着性樹脂フィルムの他方の面が接合された第二基板と、を備え、
前記第一基板および/または前記第二基板における前記平らな面の前記接着性樹脂フィルムとの接合面であって、少なくとも前記貫通孔に対応する領域に前記接合の前の段階で予め被設された光触媒を備え、
前記接着性樹脂フィルムは、常温では非粘着性であり、加熱によって前記基板に融着されるものであり、且つ融点が前記光触媒の変性温度より低い接着性フッ素樹脂であり、
前記第一基板と前記第二基板と前記貫通孔の内面により、光触媒反応を行う微細な反応流路が形成されていることを特徴とする、マイクロ反応装置。 An adhesive resin film;
A slit-like through-hole provided in the adhesive resin film;
It is made of a light-transmitting material and is composed of a flat surface that has not been processed to reduce the light transmittance, such as etching, and one surface of the adhesive resin film is bonded to the flat surface. A first substrate,
It is made of a light transmissive material and is composed of a flat surface plate that has not been processed to reduce the light transmittance such as etching, and the other surface of the adhesive resin film is formed on the flat surface. A second substrate bonded,
The flat surface of the first substrate and / or the second substrate is bonded to the adhesive resin film, and is preliminarily provided in a region before the bonding at least in a region corresponding to the through hole. Equipped with a photocatalyst,
The adhesive resin film is an adhesive fluororesin that is non-tacky at room temperature, is fused to the substrate by heating, and has a melting point lower than the modification temperature of the photocatalyst,
A microreaction apparatus in which a fine reaction channel for performing a photocatalytic reaction is formed by the first substrate, the second substrate, and the inner surface of the through hole.
該複数枚の接着性樹脂フィルムのうち、隣り合う接着性樹脂フィルムの端辺同士が、その端辺上の各点より法線方向へ所定の距離を保つように配設されて形成された細隙と、
光透過性の材料で形成され、エッチング加工等の前記光透過性を低下する加工が行われていない平らな面で構成され、該平らな面に前記複数枚の接着性樹脂フィルムが形成する平面の一方の面が接合された第一基板と、
光透過性の材料で形成され、エッチング加工等の前記光透過性を低下する加工が行われていない平らな面で構成され、該平らな面に前記複数枚の接着性樹脂フィルムが形成する平面の他方の面が接合された第二基板と、を備え、
前記第一基板および/または前記第二基板における前記平らな面の前記接着性樹脂フィルムとの接合面であって、少なくとも前記細隙に対応する領域に前記接合の前の段階で予め被設された光触媒を備え、
前記接着性樹脂フィルムは、常温では非粘着性であり、加熱によって前記基板に融着されるものであり、且つ融点が前記光触媒の変性温度より低い接着性フッ素樹脂であり、
前記第一基板と前記第二基板と前記細隙の内面により、光触媒反応を行う微細な反応流路が形成されていることを特徴とする、マイクロ反応装置。 A plurality of adhesive resin films disposed on the same plane;
Among the plurality of adhesive resin films, the ends of adjacent adhesive resin films are arranged and formed so as to maintain a predetermined distance in the normal direction from each point on the end sides. Gap
A flat surface formed of a light-transmitting material and formed of a flat surface that is not subjected to processing that reduces the light transmittance such as etching, and the plurality of adhesive resin films are formed on the flat surface. A first substrate on which one of the surfaces is bonded,
A flat surface formed of a light-transmitting material and formed of a flat surface that is not subjected to processing that reduces the light transmittance such as etching, and the plurality of adhesive resin films are formed on the flat surface. A second substrate bonded to the other surface of
The flat surface of the first substrate and / or the second substrate is bonded to the adhesive resin film, and is preliminarily provided in a region before the bonding at least in a region corresponding to the slit. Equipped with a photocatalyst
The adhesive resin film is an adhesive fluororesin that is non-tacky at room temperature, is fused to the substrate by heating, and has a melting point lower than the modification temperature of the photocatalyst,
A microreaction apparatus in which a fine reaction channel for performing a photocatalytic reaction is formed by the first substrate, the second substrate, and the inner surface of the slit.
光透過性の材料で形成され、且つエッチング加工等の前記光透過性を低下する加工が行われていない平らな面で構成され、該平らな面に前記接着性樹脂フィルムが接合される第一基板および/または該平らな面に前記接着性樹脂フィルムが接合される第二基板の、前記接着性樹脂フィルムとの接合面であって、少なくとも前記貫通孔に対応する領域に前記接合の前の段階で予め光触媒を設ける工程と、
常温では非粘着性であり、加熱によって前記基板に融着するものであり、且つ融点が前記光触媒の変性温度より低い接着性フッ素樹脂である、前記細隙状の貫通孔を設けた前記接着性樹脂フィルムの一方の面に前記第一基板を該接着性樹脂フィルムの前記加熱融着によって接合し、他方の面に前記第二基板を該接着性樹脂フィルムの前記加熱融着によって接合し、前記第一基板と前記第二基板と前記貫通孔の内面により、光触媒反応を行う微細な反応流路を形成する工程と、を有することを特徴とする、マイクロ反応装置の製造方法。 Providing a slit-like through-hole in the adhesive resin film;
A first surface is formed of a light transmissive material and is not subjected to a process for reducing the light transmittance such as etching, and the adhesive resin film is bonded to the flat surface. A bonding surface of the second substrate to which the adhesive resin film is bonded to the substrate and / or the flat surface to the adhesive resin film , and at least in a region corresponding to the through-hole before the bonding Providing a photocatalyst in advance,
The adhesive having the slit-like through-holes, which is non-adhesive at normal temperature, is fused to the substrate by heating, and is an adhesive fluororesin having a melting point lower than the modification temperature of the photocatalyst. The first substrate is bonded to one surface of the resin film by the heat fusion of the adhesive resin film, and the second substrate is bonded to the other surface by the heat fusion of the adhesive resin film, Forming a fine reaction flow path for performing a photocatalytic reaction by the first substrate, the second substrate, and the inner surface of the through-hole.
光透過性の材料で形成され、且つ、エッチング加工等の前記光透過性を低下する加工が行われていない平らな面で構成され、該平らな面に前記接着性樹脂フィルムが接合される第一基板および/または該平らな面に前記接着性樹脂フィルムが接合される第二基板の、前記接着性樹脂フィルムとの接合面であって、少なくとも前記細隙に対応する領域に前記接合の前の段階で予め光触媒を設ける工程と、
常温では非粘着性であり、加熱によって前記基板に融着するものであり、且つ融点が前記光触媒の変性温度より低い接着性フッ素樹脂である、前記細隙を形成した接着性樹脂フィルムの一方の面に前記第一基板を該接着性樹脂フィルムの前記加熱融着によって接合し、他方の面に前記第二基板を該接着性樹脂フィルムの前記加熱融着によって接合し、前記第一基板と前記第二基板と前記細隙の内面により、光触媒反応を行う微細な反応流路を形成する工程と、を有することを特徴とする、マイクロ反応装置の製造方法。 A plurality of adhesive resin films are arranged on the same plane on the first substrate, and the end sides of the adjacent adhesive resin films are separated from each point on the end sides by a predetermined distance in the normal direction. Forming a slit by arranging to keep the
It is formed of a flat surface that is formed of a light transmissive material and has not been subjected to a process that reduces the light transmittance such as etching, and the adhesive resin film is bonded to the flat surface. A bonding surface of the second substrate to which the adhesive resin film is bonded to one substrate and / or the flat surface, to the adhesive resin film , at least in a region corresponding to the slit before the bonding A step of providing a photocatalyst in advance at the stage;
One of the adhesive resin films in which the slit is formed, which is non-adhesive at normal temperature, is fused to the substrate by heating, and is an adhesive fluororesin having a melting point lower than the modification temperature of the photocatalyst. The first substrate is bonded to the surface by the heat fusion of the adhesive resin film, and the second substrate is bonded to the other surface by the heat fusion of the adhesive resin film, and the first substrate and the And a step of forming a fine reaction channel for carrying out a photocatalytic reaction by the second substrate and the inner surface of the slit.
該接着性樹脂フィルムに設けられた複数の細隙状の貫通孔と、
光透過性の材料で形成され、エッチング加工等の前記光透過性を低下する加工が行われていない平らな面で構成され、該平らな面に前記接着性樹脂フィルムの一方の面が接合された第一基板と、
光透過性の材料で形成され、エッチング加工等の前記光透過性を低下する加工が行われていない平らな面の板で構成され、該平らな面に前記接着性樹脂フィルムの他方の面が接合された第二基板と、を備え、
前記第一基板と前記第二基板と前記貫通孔の内面により、複数の微細な反応流路を有する反応流路部が形成されている集積化マイクロ反応モジュールであって、
前記反応流路部は、複数の微細な反応流路が平行に配列されて成る集積流路部と、
前記複数の微細な反応流路が、共通の流体導入口と共通の流体排出口とに合流するように形成された共通流路部と、を備え、
前記第一基板および/または前記第二基板における前記平らな面の前記接着性樹脂フィルムとの接合面であって、少なくとも前記貫通孔に対応する領域に前記接合の前の段階で予め被設された光触媒を備え、
前記接着性樹脂フィルムは、常温では非粘着性であり、加熱によって前記基板に融着されるものであり、且つ融点が前記光触媒の変性温度より低い接着性フッ素樹脂であることを特徴とする、集積化マイクロ反応モジュール。 An adhesive resin film;
A plurality of slit-shaped through holes provided in the adhesive resin film;
It is made of a light-transmitting material and is composed of a flat surface that has not been processed to reduce the light transmittance, such as etching, and one surface of the adhesive resin film is bonded to the flat surface. A first substrate,
It is made of a light transmissive material and is composed of a flat surface plate that has not been processed to reduce the light transmittance such as etching, and the other surface of the adhesive resin film is formed on the flat surface. A second substrate bonded,
An integrated micro reaction module in which a reaction channel portion having a plurality of fine reaction channels is formed by the first substrate, the second substrate, and the inner surface of the through hole,
The reaction channel part is an integrated channel part in which a plurality of fine reaction channels are arranged in parallel;
A plurality of fine reaction flow paths, a common flow path portion formed so as to merge with a common fluid introduction port and a common fluid discharge port,
The flat surface of the first substrate and / or the second substrate is bonded to the adhesive resin film, and is preliminarily provided in a region before the bonding at least in a region corresponding to the through hole. Equipped with a photocatalyst
The adhesive resin film is non-adhesive at normal temperature, is fused to the substrate by heating, and is an adhesive fluororesin having a melting point lower than the modification temperature of the photocatalyst, Integrated micro reaction module.
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