微通道中气液液双乳液制备及其结构调控规律研究

In order to further understand the multiphase flow control in microfluidics, this project presents a novel and simple one-step capillary microfluidic approach for the controllable generation of both G/O/W and G/W/O double emulsions. The effects of the three phase flow rates on the size of the encapsulated microbubble and the thickness of the liquid shell will be systematically studied. The size and structure of the double emulsions would be tuned based on the flowing scaling laws and mathematic models.Finally,the stability of gas-liquid-liquid double emulsions is studied based on the minimum of interfacial energy of the system. The goal is to develop novel microfluidic methods for gas-liquid-liquid double emaulsions as template for hollow sphere materials and enrich the basic theory of chemical engineering.

本项目围绕微米尺度下多相流动这一前沿科学问题，重点研究微通道中气-液-液双乳液形成的基本规律及其内在机理。研究过程首先设计新型气-液-液微分散设备，构建气-液-液微分散体系，研究气-液-液体系的尺寸及结构变化规律，深入分析双乳液的形成机制并建立数学模型，实现结构和分散尺寸可调控的气-液-液双乳液的制备；进一步采用热力学基本原理并从界面能最小化原理出发，分析气-液-液三相间界面张力关系对其结构稳定性的影响规律。研究目的旨在探讨微通道中气-液-液双乳液的尺寸和结构调控规律，丰富微尺度条件下多相复杂体系流动的基本理论，为发展新型多相微分散过程和设备、实现中空微球的可控制备以及气-液-液传质与反应过程强化提供基础。

本项目围绕微米尺度下多相流动这一前沿科学问题，重点研究微通道中气-液-液双乳液形成的基本规律及其内在机理。取得了如下成果：1）在气-液-液双乳液形成过程的机理分析方面，建立了准确预测分散尺寸的数学模型，并分析了微气泡的稳定包覆条件，揭示了多相微分散过程的内在机理； 2） 设计了多种新型微通道设备，提出了多相微分散新方法，实现了气液液体系尺寸和结构调控；面向生物和高效催化等应用方向，成功实现了多种新型功能微球的可控制备；3） 发明多通道式微结构设备，利用气液液微分散体系的独特优势，在稀土元素富集回收方面完成小试和中试研究，有望实现产业化应用。项目执行期间，在AIChE J（1篇）、 Chem Eng Sci（5篇）、Lab Chip（2篇）等本领域顶级期刊发表SCI收录论文15篇；申请并获授权中国发明专利2项；国际学术会议邀请报告15次；培养博士生4名、硕士生6名。.