5月21日，Scientific Reports（科学报告）期刊发表了一项来自塔塔集团旗下科研机构关于水热合成纳米粉体的研究成果，研究人员开发了一种新型连续流动反应器，有望实现该工艺的放大连续规模化生产。

论文地址：https://www.nature.com/articles/s41598-022-11141-8

水热合成反应釜及反应示意图（非连续法）

水热合成通常在间歇式搅拌釜反应器中进行。它受制于缓慢的加热速率和较长的工艺时间，导致对颗粒特性的控制不佳。连续水热流合成 (CHFS) 不仅解决了分批操作的一些挑战，而且可以为连续和商业规模生产具有高度可调的粒子特性（如尺寸、形态和结晶度）的纳米粒子铺平道路。

塔塔集团的科学家们提出了一种新型的“无限”形螺旋连续流动反应器，利用前体（加压金属盐）溶液MS和超临界水SCW之间的大密度差异来提供快速混合，从而为反应动力学和颗粒生长提供均匀的条件。在这个设计中，顺时针方向的螺旋转向之后是逆时针方向的螺旋转向，从而改变了流动方向和离心力场。据推测，这种交变力场将刺激反应物之间的强烈混合，尤其是当密度差异很大时。

两种反应物流的流动路径将如何交叉的示意图

如图所示，MS（红色）和 SCW（蓝色）流从它们各自的入口位置注入反应器。由于离心力场，较重相向外侧移动并与较轻相强烈混合。当转向反转时，流动动力学重复，较重的相与较轻的相相互渗透，为剧烈混合创造了一个环境，被命名为无限反应堆

研究人员通过将计算流体动力学与种群平衡建模和适当的反应动力学相结合来模拟水热合成。模拟表明三种不同的流场下降、恢复和稳定流场。这些状态强烈依赖于前体溶液和超临界水之间的流量比。无限反应器提供两种不同的反应环境：螺旋的初始转数用作促进快速混合和均匀反应的混流反应器，随后是稳定颗粒生长的活塞流反应器。与传统的间歇式搅拌釜反应器和T型混合器相比，它产生的颗粒具有相对较小的平均直径和较窄的尺寸分布。

编译 YUXI

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