微反應器耦合離子液體強化萃取過程的研究進展

張紅，余肇譽，蘇遠海

（上海交通大學化學化工學院化工系，教育部變革性分子前沿科學中心，上海200240）

近年來，化工過程強化成為了一種清潔、高效節能、可持續發展的化工新技術。設備強化及方法強化成為了化工過程強化的兩種主要手段。微反應器作為過程強化設備的一種，可以顯著減小設備體積，增加生產能力及強化化工生產過程。微反應器的出現，為傳統萃取技術的革新注入了新的活力，克服了傳統萃取技術中存在的設備體積大、效率低、操作和維修費用高等缺點。而離子液體作為一種環境友好的綠色溶劑，有利于發展新的過程強化方法，其在萃取分離領域展現了充分的優勢。合理開發利用微反應器，綜合應用微化工技術與離子液體技術的優勢，對萃取技術的未來發展將會起到十分積極的作用。近年來，微化工技術與離子液體技術的耦合強化過程在分離領域受到了越來越多研究者的關注，并成為了當前研究的熱點。本文介紹了微流動萃取技術及離子液體強化萃取技術，闡釋了微反應器內離子液體構筑的液-液兩相體系的流型與傳質機理，重點介紹了微反應器與離子液體耦合強化技術在金屬及有機物質萃取等方面的研究現狀，概括了基于離子液體的微流動萃取過程放大的研究進展，并展望了涉及離子液體的多級微流動萃取、功能化離子液體的微流動萃取等未來主要研究方向，為微反應器內耦合離子液體的萃取過程的開發與應用提供重要的借鑒。

1 微流動萃取技術

微化工技術是20 世紀90 年代出現的一項新技術，屬于重要的化工過程強化技術，現已成為化學工程的學科前沿。微反應器由于特征尺寸微細化，比相界面積高達104m2/m3，混合效率高，傳質傳熱速率大，安全性能高，特別適合受傳遞控制或存在較大安全隱患的一些化工過程，在化學工程、有機合成、材料科學、環境工程等多個領域具有重要的應用潛力。與傳統反應器相比，微反應器的表/界面效應如表面張力及毛細管效應更加明顯，過程可控性更強[1-3]。在傳統的萃取工藝中，通常采用混合-澄清槽且混合槽內安裝攪拌裝置作為萃取過程的基本設備。當攪拌速率不夠高時，容易出現互不相溶液-液兩相接觸不充分、傳質速率慢及萃取效率低等問題。然而，當攪拌速率過高時，液-液兩相容易出現乳化的現象，萃取劑損失嚴重，后處理過程復雜。在利用微反應器進行萃取的過程中，由于微反應器內比相界面積及兩相間目標元素的濃度梯度均較大，使得萃取推動力大大提高，從而可以在并行流或彈狀流的狀態下實現微流動萃取過程的強化并有效避免乳化。另外，微反應器內的液-液萃取可以通過控制后端相分離通道的表面性質，實現油-水兩相的快速分離；微化工系統的模塊化設計有利于在很小的設備體積內實現自動化、連續化、集成化的操作模式。例如，通過在微反應系統內合理布局反應通道，就可以快速實現目標物質的多級萃取、雜質洗滌、反萃等工序[4-5]。微化工技術可通過數目增加的方式實現過程放大（numbering-up），有望快速可靠地將實驗室成果轉化為生產力，顯著降低技術研發成本和風險[6]。因此，利用微化工技術的高效、低耗、安全等優點來改造傳統冶金的低效、高能耗的單元操作過程如混合、換熱和萃取等，為開發出新的節能綠色工藝過程提供了可能。

2 離子液體強化萃取過程

傳統的萃取工藝中常常涉及有毒有害溶劑，并且生產過程中產生的有機廢液容易對環境造成嚴重的危害。由此，開發新型、環境友好的綠色介質成為了解決這一問題的關鍵性技術之一。離子液體屬于綠色介質，是由陰離子與有機陽離子組成的一種室溫下熔點低于100℃的熔融鹽，具有特殊的微觀結構（如氫鍵網絡結構和不均質的團簇結構等）和復雜的相互作用力（如靜電庫侖力、氫鍵、范德華力等）。離子液體具有超強的溶解性、難揮發性、高熱穩定性及強適應性等優點。在過去的二十年，離子液體作為一種非常規綠色介質與催化劑獲得學術界和工業界的廣泛關注，具有逐漸取代傳統重污染介質的趨勢[7-8]。截至目前，通過各種陰陽離子的組合，研究者已經成功開發了上萬種的常規離子液體及功能化離子液體，并證明其在萃取、材料、電化學、有機合成等諸多領域展現出巨大的應用潛力[9-11]。同時，基于離子液體的萃取技術發展迅速。與傳統有機溶劑的萃取技術比較，離子液體與強極性物質有較強的親和作用，也與非極性的物質相容。因此，離子液體既是具有超強溶解性的綠色溶劑，也能充當非常高效的萃取劑及萃取添加劑，能夠起到強化萃取過程的作用[12-13]。大量的案例已經證明離子液體參與的萃取過程具有選擇性高、過程效率高、操作簡單、反萃及循環利用較容易等特點[14-17]。例如Rout 等[18-21]開發出不同類型的功能化離子液體作為溶劑及萃取劑用于稀土金屬分離，并證明這些功能化離子液體不僅可以減少萃取過程溶劑的損失，還可以提高稀土金屬的萃取選擇性，且在循環利用方面具有一定的優勢。盡管離子液體在萃取分離領域展現了充分的優勢，其在工業化大規模應用過程中仍然存在著一些阻礙。例如，復雜的合成及純化過程帶來高昂的生產成本；另一方面，在常規或者大尺度反應器中離子液體復雜的流變學性質、較高的黏度通常導致較低的傳質速率，使得萃取過程調控困難[22-24]。

3 微反應器耦合離子液體強化萃取過程

微化工技術的出現為解決離子液體合成及應用過程中存在的難題提供了獨辟蹊徑的方法。利用微反應器傳遞速率快、過程效率高、易于集成等優勢，可以克服離子液體在萃取過程中存在的一些難題，例如，降低離子液體的消耗量，強化傳質過程，提高萃取效率。與常規萃取體系類似，微反應器內基于離子液體的液-液兩相萃取過程可分為兩個步驟，即互不相溶液-液兩相接觸和相分離階段，而這兩個步驟均與液-液兩相流型、傳質過程存在著密切的關聯。

3.1 微反應器內涉及離子液體的液-液體系兩相流型

相比于傳統的有機溶劑，離子液體具有較高的黏度，其黏度比一般有機溶劑高1～2 數量級，同時它具有較大的密度，與水相形成兩相體系時具有較低的界面張力[25]。這些特殊的物理化學性質影響涉及離子液體的液-液兩相體系的流體力學行為。當前，已有許多研究者對微通道內離子液體-水兩相體系的流動特征進行了系統的研究。結果發現微通道內離子液體-水兩相體系的流型主要分為平行流、環狀流、彈狀流、液滴流等[26]。這些流型的形成與互不相溶液-液兩相的物性及微通道內用于液-液兩相初始接觸的結構體（即微混合構件）密切相關。微混合構件主要包括T 型、Y 型、聚焦型、交叉型及同軸型結構等，如圖1 所示。其中，T型微通道是較為常見的微流動萃取單元結構體[27]。此外，流型形成的機制不僅取決于流體物性及微混合結構體，且與操作條件、主體通道材質及結構等因素相關，其中包括兩相流速、微通道的表面性質如粗糙度及浸潤性等[28-31]。2013年Tsaoulidis等[32]采用Y型、T型及不同材質的微通道，在流速控制為0.065～214.9mL/h、體積比為0.05～0.8的條件下探索[C4mim][Tf2N]離子液體-水兩相體系的流型變化趨勢，發現該體系在微通道內形成的流型包括有環狀流、彈狀流、液滴流及一些特殊的過渡流型等。2016 年Liu 等[33]針對高黏度離子液體（[BMIM][PF6]）-水兩相體系，使用高速攝像技術對聚焦型微通道內的流型進行了研究。研究者確定了4種不同的流型形成過程中復雜的流動狀態（包括滴落、噴射、一些復雜的波浪狀界面及類似“香腸串”產生等），且發現分散相的斷裂主要經歷擠壓和夾斷兩個階段。2019 年Yagodnitsyna 等[34]對T 型微通道內[C4mim][Tf2N]離子液體-水兩相體系的流型進行研究，發現在不同寬高比、橫截面為矩形的微通道內出現了彈狀流、平行流、喉環流、溪流和液滴流等流型，如圖2所示。該研究進一步證明，相比常規的有機溶劑-水兩相體系，離子液體獨特的物性使得微通道內液-液兩相的流動及流型更為復雜，但仍然處于可調控的范圍。

圖1 幾種常見的微混合構件（Qc—連續相流速；Qd—分散相流速）［27］

圖2 不同結構的T型微通道內兩相流型

3.2 微反應器內離子液體-水兩相間的傳質機理

微反應器內離子液體-水兩相間的傳質與流型密切相關，不同的流型具有不同的傳遞規律。對于平行流而言，傳質方向垂直于液-液兩相的流動方向，兩相間的物質傳遞主要通過分子擴散完成。與并行流及環狀流不同，在彈狀流及滴狀流這兩種流型下，互不相溶液-液兩相中的一相形成分散液滴，它們的主要區別在于液滴的形狀與大小[35]。微通道內彈狀流的形成主要受剪切力及界面張力的影響，彈狀液滴與微通道壁面被連續的液膜分隔[36]。液膜的出現進一步縮短傳遞距離，且液彈內循環可以增強物質的對流傳質，有助于表面更新及強化兩相間的質量傳遞[37]。對于液滴流，其液滴直徑小于微通道內徑，可以為傳質過程提供較大的比表面積及較短的擴散距離，且液滴內的旋渦及對流可以進一步增強混合及傳質[38]。

對于微反應器內基于離子液體的萃取體系，液膜的出現對強化傳質具有重要的貢獻。因此，液膜厚度的測量及其關鍵影響因素成為了很多研究的關注重點。研究者發現，在以離子液體構筑為連續相的萃取體系中，液膜厚度（δfilm/d=0.1585～0.3022）比常規的有機相液膜厚度（δfilm/d=0.0928～0.1295）更厚[39]。Li 等[39]探究了微通道內TBP/[C4mim][Tf2N]-水兩相體系構成的彈狀流，采用微粒子測速技術（μ-PIV）測量液膜厚度、液滴尺寸大小、分散相及連續相的速度場分布。研究結果表明，彈狀液滴的大小及液膜厚度主要受流速、兩相體積比、通道尺寸、浸潤性及流體的物性等因素影響。依據實驗數據，建立了彈狀液滴尺寸、液膜厚度（δfilm）與Reynolds 數（Re）及毛細管數（Ca）之間的關聯式，如式(1)和式(2)所示。同時，Tsaoulidis 等[36]也發現，當毛細管數增加時，液膜厚度隨之增加。隨著液膜厚度的增加，彈狀液滴內部的流體速度也隨之變大，且高于兩相的平均流速（圖3）。因此，離子液體-水兩相體系液膜厚度的增加提高了液滴內部的混合效率及對流傳質速率，進而強化了相間傳質過程。

圖3 彈狀流分散相液滴（水相）內的速度場

對于彈狀流，微通道內的傳質速率與液滴內循環的強度成正相關的關系，而內循環強度是由循環時間所決定。循環時間即是物料從彈狀液滴的一端傳遞到另一端所需要的時間。Li等[39]研究微通道內液滴內循環對離子液體強化萃取銪的影響。他們采用μ-PIV技術識別離子液體（[C4min][Tf2N]）-水兩相體系所形成的水相分散液滴內循環模式，并計算了循環時間。研究者發現，在較高的液-液兩相總流速下獲得較短的彈狀液滴。并且，在彈狀液滴內部，物料循環時間縮短，液滴內部流體在微通道內將經歷更多旋渦從而得到充分的混合，獲得較高的總體積傳質系數。同時，更高的兩相總流速增加彈狀液滴頭部周圍薄膜的厚度，并減小液滴直徑，縮短金屬銪（Eu）在徑向方向上的擴散距離，有助于傳質速率的增加。在微通道內滴狀流流動狀況下，Bai 等[40]研究羅丹明6G 在[C4mim][PF6]離子液體-水兩相間的傳遞特征。實驗觀察到，在微混合構件處分散相（水相）液滴的形成過程中，羅丹明6G 在液滴內的分布呈現螺旋狀，隨著液滴的完全生成，旋渦結構體最終形成。隨著液滴沿微通道移動，羅丹明6G在液滴內擴散到兩個軸向對稱區域，這也與液滴內部所形成軸向對稱旋渦結構體相符合。當液滴尺寸較小時，內循環強度變弱，然而，由于擴散距離的縮短仍然使得羅丹明6G 能快速傳遞到連續相（離子液體）[40]。此離子液體構筑的液-液兩相體系在液滴形成階段，微通道的總體積傳質系數為0.05～0.8s-1，在液滴運動階段可以達到1.5s-1，高于傳統萃取器的總體積傳質系數2～4個數量級。一些常規液-液萃取器的總體積傳質系數變化范圍大致在(0.15～500)×10-4s-1，遠低于微反應器的總體積傳質系數，如圖4 所示[41-45]。這項研究證實了基于離子液體構筑的微流動萃取過程在強化傳質方面具有巨大潛力。實際上。對于彈狀流和滴狀流，鋸齒形的微通道結構有利于破壞分散相液滴內部旋渦結構體的對稱性，導致混沌對流的出現，進一步促進液滴內部物質的混合和液-液兩相間的傳質[46-48]。

圖4 不同類型萃取器的總體積傳質系數變化范圍［41-45］

盡管許多研究者結合不同的流型對微通道內離子液體-水兩相間的傳質特征進行了系統的研究，相分離階段的傳質效應仍然需要十分重視。近年來，在線及離線分析法均被用于分析萃取后微反應器出口處溶質在互不相溶液-液兩相的濃度變化[49-50]。常用的在線測量微反應器傳質性能的方法主要包括光學法（如檢測微通道內不同位置兩相流體的顏色或熒光強度的變化規律）和分散相體積追蹤法（特別針對氣-液兩相），這兩種方法的使用均需要采用高速攝像技術[51-53]。光學法通常涉及變色反應，如中和反應和溴化反應。然而，光學法僅適用于透明材質構建的微通道，并且通常需要在較低的Reynolds數下，才能實現對流體的顏色或體積變化的精確監測[54-55]。在線分析法已經被用于研究微反應器內基于離子液體的萃取過程的傳質特征，例如，Bai 等[40]采用熒光檢測技術分析目標物質羅丹明6G在微通道內液-液兩相間的傳質行為。值得注意的是，在線分析法需要使用昂貴的光學儀器，且后續的圖像處理過程中也容易出現明顯的分析誤差。當前，離線分析法仍然被普遍用于微反應器的傳質性能研究。通常情況下，互不相溶的液-液兩相在微反應器出口處被收集，由于兩相存在密度差，在重力的作用下利用分液漏斗即可將兩相分離。然而，為了需要收集足夠的樣品進行檢測分析，收集時間通常遠長于微反應器內物料的停留時間。在這個階段，液-液兩相間的傳質若繼續進行，將會極大影響表征微反應器傳質特性的可靠性和準確性。為了消除樣品收集階段對微通道傳質性能測定的影響，Zhao等[45]提出利用時間外推法測量微通道傳質性能的基本操作程序。Li等[56]結合端口消除法和時間外推法實現精確測量微通道/微反應器局部區域及整體傳質性能。Zhang 等[57]針對離子液體構筑的微乳液萃取體系，通過實驗證明在樣品收集時間足夠短的情況下，該階段的傳質效應可忽略不計。基于毛細管力或表面潤濕性質，利用膜式微分離器、表面改性的分支微通道等實現互不相溶液-液兩相的連續快速相分離，如圖5 所示[27,58-64]，是將離線分析法應用于微反應器傳質性能表征的有力保障。然而，基于表面性質的連續相分離通常受限于較低的操作通量，且涉及離子液體體系的相分離過程仍需系統研究。

圖5 基于表面性質差異構造的微型相分離器［58-64］

4 基于離子液體的微流動萃取過程應用

基于微化工技術與離子液體的優勢，一些常見的疏水性離子液體已被應用于微流動萃取過程。這些離子液體主要是含有[PF6]-、[BF4]-、[Tf2N]-等陰離子的離子液體。其中，含有[Tf2N]-的離子液體化學和熱穩定性較高，黏度較低，應用較廣[65]。微反應器與離子液體耦合強化技術可以改善傳統重污染萃取工藝，適用于易乳化、萃取時間長及萃取效率低的體系。利用微通道內平行流、彈狀流、滴狀流等流型，研究者們基于離子液體實現了金屬離子的絡合萃取及一些有機物質的快速萃取分離。已報道的相關研究主要集中在單級微流動萃取過程，側重在快速生化分析方面的應用，整體處在實驗室研究的階段。

4.1 微反應器內基于離子液體萃取金屬的過程

近年來，微反應器內離子液體萃取放射性金屬、稀土金屬、賤金屬及貴金屬等研究不斷地被報道。鈾(Ⅵ)是一種放射性元素，在核能燃料和核武器材料中占有重要作用。傳統的鈾酰萃取過程主要采用磷酸三丁酯（TBP）作為萃取劑，溶于易揮發/有毒溶劑煤油中。然而，此萃取體系易產生乳化現象，單程萃取效率低（例如小于60%），且具有許多安全隱患[66]。基于離子液體的常規萃取過程研究，主要側重在揭示鈾酰的萃取機理，其萃取過程通常需要幾十分鐘甚至幾個小時才能達到萃取平衡[67]。國外的Angeli教授課題組[32,68-69]開展了在微反應器內使用離子液體萃取鈾酰等系列工作，研究表明萃取時間僅為10s左右，鈾酰的萃取效率可以達到90%以上。2003 年，Tsaoulidis 等[68]將[C4mim][Tf2N]離子液體與TBP 的混合物作為萃取劑，在0.5mm 內徑的微通道內萃取硝酸溶液中鈾酰(Ⅵ)，重點探索了硝酸濃度、停留時間及流速對鈾酰萃取行為的影響，當停留時間為9.68s 和硝酸濃度為0.1mol/L 時，鈾酰的萃取效率達到95%，并得到此體系的總體積傳質系數為0.312s-1。 隨后，Tsaoulidis等[32]比較了不同類型的疏水性離子液體包括[C4mim][Tf2N]、[C10mim][Tf2N]、[P66614][Tf2N]對微通道內萃取鈾酰的影響，發現[C4mim][Tf2N]具有較低的黏度并表現出較強的萃取能力，萃取時間為14.52s，鈾酰的萃取效率即可達到91%。同時，Fernaneds 等[69]將基于離子液體的微流動萃取過程與傳統的液-液攪拌式萃取過程相比，微通道內的總體積傳質系數（0.07～0.23s-1）遠高于傳統的萃取過程的總體積傳質系數（0.048～0.083s-1）。該研究表明了基于離子液體體系的微流動萃取過程可明顯提高放射性金屬鈾的萃取效率，大幅度縮短萃取時間，并防止了乳化現象的出現。針對其他類型的金屬（稀土金屬、賤金屬等）萃取，彭金輝院士課題組利用微流動萃取技術實現了過程強化。例如，Zhang 等[62,70-72]在新型微反應器內經由萃取單元操作，實現了快速分離鑭（La）、鎳（Ni）和鈷（Co）等。然而，針對微反應器內基于離子液體體系萃取稀土金屬、賤金屬等的研究鮮有報道。2016年，Li等[39]采用CMPO/TBP/[C4min][Tf2N]作為萃取劑，分別在內徑為0.5mm 和0.2mm 的微通道內強化了銪（Eu）的萃取過程。在基于離子液體的萃取體系中銪的分配比高于常規TUREX 溶劑萃取體系（0.2mol/L CMPO-1.2mol/L TBP/n-DD） 的10 倍[73]。微通道內基于離子液體萃取銪的過程所獲得的比相界面積（3750～8250m2/m3） 和總體積傳遞系數（0.005～0.05s-1）明顯高于采用傳統淋雨斗式萃取器的萃取過程［分別為90～140m2/m3及(0.6～1.3)×10-6s-1］[41]。在該萃取過程中，微反應器內的總體積傳質系數隨著停留時間的增加而降低，表明了在微混合構件的區域內發生了明顯的傳質過程。2017年，Marsousi 等[74]分別利用[EMIM][Tf2N]和[BMIM][Tf2N]兩種離子液體實現在微通道內從水中萃取分離鈣（Ca）金屬離子。研究結果表明離子液體鏈長越短，萃取效率越高。同時，他們設計了螺旋狀微通道，利用螺旋微結構體所產生的離心力強化萃取過程，并進一步探究了主要參數對萃取行為的影響。相對于疏水性離子液體，親水性離子液體用于微反應器內強化金屬萃取分離的研究較為罕見。2019 年，Su 課題組[57]首先將親水性離子液體與有機相（環己烷）構筑成微乳液，然后實現在微反應器內連續從水相中萃取金（Au）。金離子在微乳相與水相之間的傳質過程如圖6所示。與傳統的金萃取工藝相比，將基于親水性離子液體構筑的微乳液用于微反應器內金的萃取，傳質系數及萃取效率都有所提高，萃取時間從15min 級縮短至15s，并且解決了親水性離子液體在萃取過程中容易流失及萃取劑循環問題。

圖6 金從水相到微乳液相的萃取過程［58］

4.2 微反應器內基于離子液體萃取有機物質的過程

離子液體不僅在萃取金屬方面展示了優勢，且在萃取分離牛血清白蛋白、酚類、染料及丁酮肟等有機物質也展現了應用潛力。2012年Novak等[75]使用[C4mim][BF4]和D-果糖構成的雙水相體系，在微通道內并行流的狀態下實現了牛血清白蛋白的萃取分離（萃取效率＞53%）。與常規雙水相萃取法相比，離子液體構筑的雙水相體系在微通道強化傳質的作用下對牛血清白蛋白具有較高的萃取效率。隨著常規離子液體不斷地被應用于微流動萃取過程，功能化離子液體逐漸引起了研究者的關注。2015年Qi 等[76]采用一種功能化離子液體N,N,N-三辛基丙酸銨（TOAP）為萃取劑，基于微反應器的并行流流動，實現雙酚A的選擇性萃取。圖7為微流動萃取裝置及微通道內部結構示意。基于模型解析，他們優化了微通道設計，采用一定長度的分支連接模式以實現最大萃取效率并確保了兩相在微反應器出口處的高效分離。研究結果發現，此體系不僅消耗較少的離子液體，且具有較高的選擇性及萃取效率，即在2s 的時間內雙酚A 的萃取效率可以達到95%以上。劉妍等[77]在微通道內利用[Bmim][PF6]離子液體進行了從硫酸銨水溶液中萃取丁酮肟的研究，并系統考察了總流速、水相流速、離子液體相流速、流量比、丁酮肟濃度、硫酸銨濃度、微通道內徑等因素對萃取過程的影響。實驗測得總體積傳質系數介于0.008～1.5s-1，萃取時間為50s，萃取效率達到100%。與傳統萃取工藝所需20min 達到萃取平衡相比，萃取時間大大縮短。這一研究結果為工業上利用基于離子液體的微流動萃取分離硫酸銨水溶液中的丁酮肟提供了相關的工程基礎數據。綜上所述，將微化工技術應用于以離子液體作為萃取劑的萃取過程，能夠實現明顯的過程強化，實現有機物質的高效分離，展現了較強的應用前景。

圖7 用于離子液體與水構筑成的并行流萃取雙酚A的微通道/流控芯片［76］

5 耦合離子液體的微流動萃取過程放大

增加微反應器的操作通量從而獲得有效的過程放大，通常可通過數目放大的方式實現。數目放大即是增加微通道的數量，實現處理量的倍增，其關鍵是要實現并行排列微通道的流體均勻分布，涉及流體分布器的應用及整個微反應器系統的流場優化。這種過程放大方式在較低的處理量下具有一定的優勢，放大效應小，易于從實驗室走向工業化應用。然而，當并行微通道的數量達到成百上千以后，很難維持流體均布，反應器性能容易出現明顯的下降[78-80]。尺寸增大偶爾被用于微反應工藝的過程放大，然而這一傳統的放大方式通常難以維持較高的傳遞及反應性能。隨著通道尺寸的增大，微反應器內的流動及傳遞特征會發生明顯的變化，對離子液體構筑的液-液兩相萃取的過程效率產生負面影響[81]。2015 年，Tsaoulidis等[82]采用TBP/[C4mim][Tf2N]離子液體作為萃取劑，在具有不同尺寸的微通道內對鈾酰(Ⅵ)的萃取行為進行研究。結果發現當通道尺寸從0.5mm 變為1.0mm，傳質系數大幅度降低，當從1.0mm 變為2.0mm 時，傳質系數降低幅度變弱。他們的研究結果初步表明，對于微通道內基于離子液體的萃取過程放大，單純的尺寸增大難于實現有效的過程放大。目前，國內外對微反應器內基于離子液體的萃取過程放大研究還比較匱乏，仍然停留在實驗室研究的階段，嚴重制約了該技術的產業化應用。因此，需要加強微反應器耦合離子液體技術在萃取領域的放大規律研究，特別是流體分布器、并行多通道結構設計及加工成型，不斷探索微流動萃取過程的放大方法和技術。

6 結語與展望

微化工技術與離子液體技術的強化耦合為革新傳統萃取過程和創建高效、清潔萃取工藝提供了新的機遇，也為離子液體的合成與應用提供了新的思路。微反應器/微通道內基于離子液體構筑的互不相溶液-液兩相的流型、傳質特性已被深入地研究。對于彈狀流及滴狀流，機理研究表明液滴內循環及液膜的存在是微通道內傳質強化的關鍵因素，但涉及離子液體體系的相分離過程仍需系統研究。基于離子液體的微萃取在金屬、有機物質分離回收方面展現了潛在的優勢。利用微反應器的傳遞速率快、過程效率高、易于集成等優勢，降低了離子液體在萃取過程的消耗量，提高了萃取效率，縮短了反應時間并防止了乳化現象的出現。但是，針對離子液體耦合的微流動萃取的設備開發及過程放大研究仍然相對空白。

迄今為止，國內外學術界已經對微反應器內離子液體強化萃取過程進行了廣泛的研究，且取得了較好的成果。然而，針對離子液體耦合的單級萃取效率低的體系，亟需發展多級微流動萃取工藝，進一步提高過程效率，這將對實際的生產過程產生重要的借鑒意義。另外，現階段微反應器內所涉及的離子液體種類仍然相對單一。功能化離子液體在萃取稀土化合物、蛋白質分離及油品脫硫等領域具有明顯的優勢，針對此類離子液體在微反應器內開展萃取研究的報道仍然相對稀少。因此，需要加大對微反應器耦合離子液體的過程進行深入和系統的基礎理論研究。尤其是，關于功能化離子液體基礎物性及構效關系、功能化離子液體體系在微反應器內的傳遞規律、微反應器設備研制及過程放大規律等方面的研究需進一步加強。這些研究將有力地推動微化工技術與離子液體技術的耦合強化及其在萃取分離領域的應用，進而同時促進微化工技術與離子液體技術的產業化應用。