清华大学与山东海泽纳米材料有限公司合作，率先实现了膜分散微结构反应器可控制备纳米碳酸钙工业应用。应用该项新技术所制备的纳米碳酸钙粒径分布窄，能耗低，二氧化碳利用率大幅度提高。该技术具有完全自主知识产权，成果处于国际领先水平。

 

微结构反应器大规模可控制备纳米颗粒属于化学工程与纳米科学的交叉领域，是化学工程学科的前沿方向。纳米颗粒制备是非常复杂的传递反应过程。若反应器不能在极短的时间内使反应体系达到均匀混合，纳米颗粒产品将出现粒径分布宽、质量不稳定的问题。本项目根据混合尺度减小可以缩短混合时间的原理，结合膜分散技术和微通道内的薄层剪切技术，提出并发展了一种在微米尺度接触、在毫秒量级内实现均匀混合的新型膜分散微结构反应器，并将其用于纳米颗粒的可控制备。

 

本项目成功地制备了纳米碳酸钙、硫酸钡、氧化钛、氧化锆等纳米颗粒，证明了该技术具有普适性；揭示了微反应器内微米级液滴和气泡的生成机理和规律；利用 CFD模拟等多种手段，探究了新型反应器在毫秒级内实现高度均匀的宏观和微观混合的根本原因；利用多个参数调控了纳米颗粒的尺寸；建立了新型反应器内纳米颗粒成核、生长和团聚的理论模型；提出了膜分散微结构反应器的放大方法。这些研究成果丰富了微尺度传递理论，发展了新型微结构反应器，推动了微化工系统与纳米材料的结合。