I. Vi bình phản ứng (microreactor)

Vi bình phản ứng là hệ thống các bình phản ứng cực nhỏ có kích thước vào cỡ micromet sắp xếp rất đều nhau được đặt trong một hệ thống điều chỉnh nhiệt có kèm theo một số thiết bị phụ trợ khác như hệ thống lọc, hệ thống bơm… Các chất phản ứng hay xúc tác đều phải ở dạng đồng thể.

Hình trên là hệ thống vi bình phản ứng được thiết kế trên một bản mạch silic (lab-on-a-chip)

Vi bình phản ứng có thể thực hiện được rất nhiều dạng phản ứng như liệt kê ở bảng dưới:

Gần đây do sự tiến bộ như vũ bão của khoa học công nghệ ở lĩnh vực nano nên các phản ứng hóa học thực hiện trong vi bình phản ứng có thể tiến hành được với cả xúc tác dị thể như sơ đồ phản ứng hydro hóa như sau, trong đó các lớp xúc tác được tráng lên bề mặt của thành hệ thống và được gắn vào chất mang silic dioxit

II. Phản ứng hóa học trong vi bình phản ứng

Trong các hệ thống vi bình phản ứng do có độ ổn nhiệt cao và các chất được trộn đều với nhau ở một thể tích rất nhỏ nên ít có sự phân tán nồng độ, điều này làm các phản ứng tiến hành trong vi bình phản ứng có hiệu suất cao hơn hẳn so với các phản ứng bình thường.

III. Ứng dụng trong sản xuất

Khác với các phương pháp trước hiện vốn chỉ được đưa vào quy trình công nghệ một cách hạn chế thì vi bình phản ứng hiện tại đang được ngành công nghiệp dược rất ưa chuộng. Một ví dụ điển hình là quy trình sản xuất Viagra

Quy trình chuẩn, 9 bước tổng hợp liên tiếp với hiệu suất thấp, trong đó phản ứng closunfo hóa rất khó tiến hành. Kết quả là tạo ra nhiều chất thải

Và khi có sự “can thiệp” của vi bình phản ứng:

IV. Ưu và nhược điểm

1. Ưu điểm

Là thiết bị thể hiện rõ ưu thế của khoa học công nghệ hiện đại. Sự ra đời của nó là một bước tiến dài trong hóa học, sinh học và tạo ra một bước tiến mới trong khoa học.

Thể tích đường ống nhỏ làm cho việc trộn lẫn các chất tốt hơn

Hệ thống cung cấp nhiệt chính xác tạo môi trường phản ứng đẳng nhiệt tốt

Có thể điều chỉnh chính xác tiến trinh phản ứng

Khi kết hợp nhiều hệ thống vi bình có thể nâng cao lượng sản phẩm (đến quy mô công nghiệp)

Giảm lượng thừa chất thải

Kích thước gọn nhẹ, dễ di chuyển

2. Nhược điểm

Phải có sự đầu tư cao về thiết bị

Dễ bị nghẹt đường ống

Tốc độ dòng chảy cao làm thời gian lưu ngắn (khi các chất còn chưa kịp phản ứng thì đã chạy ra khỏi vi bình)

Chỉ có một số loại thiết bị đặc hữu mới có thể chế tạo vi bình

Tài liệu tham khảo

1. Bài giảng Hóa học xanh cho lớp cao học K18 – PGS TS Lê Ngọc Thạch, Đại học KHTN – ĐHQGTPHCM
2. Microreactors: Using a very small to make the very large. New technology in Pharmaceutical Development, R.J.Halter, 2004
3. Suga S.; Nagaki A.; Yoshida J-I.; Chem Commun, 2003
4. Schwalbe T.; Autze V.; Hohmann M.; Stirner W. Org Proc Res Dev, 2004
5. Daniel M. Ratner.; Edward R. Murphy.; Manish Jhunjhunwala.; Daniel A. Snyder.; Klavs F. Jensen and Peter H. Seeberger.; Chem Commun, 2003