一、项目背景与意义​

      在化工、能源、环保等领域，催化剂的性能直接决定了反应效率、产品质量和生产成本，因此对催化剂的高效、精准评价至关重要。传统的催化剂评价系统通常存在体积庞大、试剂消耗量大、操作复杂、分析周期长、自动化程度低等问题，难以满足现代催化剂研发过程中高通量筛选、快速性能评估以及现场实时监测的需求。​

      微流控技术作为一种在微米尺度下操控流体的新兴技术，具有传质传热效率高、试剂消耗量少（通常为微升甚至纳升级别）、反应体系体积小、易于集成化和自动化等显著优势。将微流控技术与催化剂评价相结合，开发微型全自动催化剂评价系统，能够有效解决传统评价系统的痛点，大幅缩短催化剂研发周期、降低研发成本，同时为催化剂性能的原位、实时、多参数监测提供可能，对推动催化剂领域的技术创新和产业发展具有重要的理论意义和实际应用价值。

二、核心技术

（1）微流控芯片设计与制造技术​

      微流控芯片是整个系统的核心部件，其设计和制造质量直接影响系统性能。采用光刻、蚀刻、键合等微加工技术，在石英、玻璃或聚合物（如 PDMS、PMMA）基底上制作微通道、微反应室、微混合器、微分离柱等功能单元。微通道尺寸设计为 10 - 100μm，以保证良好的传质传热性能；微反应室体积根据反应需求设计为纳升至微升级别，可实现少量催化剂和试剂的高效反应；微混合器采用交错通道或漩涡式结构，确保反应物快速、均匀混合；微分离柱则基于色谱原理，用于产物的快速分离，为后续检测提供纯净的样品。​

（2）微量流体精确控制技术​

      为实现反应物的精确进样和反应过程中流体的稳定输送，采用高精度微注射泵和微阀组合的流体控制方案。微注射泵的流量控制范围为 0.1nL/min - 1mL/min，精度可达 ±0.5%，能够满足不同反应速率下的流体输送需求；微阀采用压电驱动或电磁驱动方式，响应时间小于 10ms，可实现流体的快速切换和通断，确保反应过程的精准控制。同时，引入反馈控制机制，通过压力传感器和流量传感器实时监测流体压力和流量，根据监测结果自动调整微注射泵和微阀的工作参数，保证流体控制的稳定性和准确性。​

（3）微型化反应条件控制技术​

      针对催化反应对温度、压力等条件的严格要求，开发微型化的温度和压力控制模块。温度控制采用微型加热片和热电偶组合的方式，加热片贴附在微流控芯片的微反应室区域，通过 PID 温度控制算法实现反应温度的精确控制，控温范围为室温 - 500℃，控温精度达到 ±0.1℃；压力控制则在微流控芯片的进出口端设置微型压力传感器和压力调节阀，实时监测反应体系压力，通过压力调节阀调节流体进出口压力，实现反应压力的稳定控制，控压范围为 0 - 10MPa，控压精度达到 ±0.01MPa。​

（4）微型化产物检测与分析技术​

      为实现产物的快速、准确检测，集成微型化的检测模块。根据催化反应产物的性质，选择合适的检测技术，如紫外 - 可见分光光度法、荧光分光光度法、电化学检测法或微型质谱检测法等。对于具有紫外 - 可见吸收或荧光特性的产物，采用微型化的紫外 - 可见分光光度计或荧光分光光度计，检测光路集成在微流控芯片上，检测波长范围为 200 - 800nm，检测限可达 10⁻⁶mol/L；对于无光学活性的产物，可采用微型电化学检测器，通过在微流控芯片上制作微型电极，实现产物的电化学氧化还原反应检测，检测灵敏度可达 10⁻⁸mol/L；对于需要精确分析产物成分和结构的情况，可集成微型质谱检测器，通过微型取样接口将微流控芯片中的产物引入质谱仪进行检测，实现产物的定性和定量分析。​

（5）自动化数据采集与分析技术​

      开发专用的自动化数据采集与分析软件，实现对温度、压力、流量、检测信号等实验数据的实时采集、存储和分析。软件采用 LabVIEW 或 C# 等编程语言开发，具备友好的人机交互界面，用户可通过界面设置实验参数（如反应温度、压力、反应物浓度、进样流量等）、启动和停止实验，并实时查看实验数据曲线和关键性能指标（如转化率、选择性、产率）。同时，软件内置多种数据分析算法，可自动对实验数据进行处理，如基线校正、峰面积积分、数据拟合等，生成实验报告，并支持数据的导出和共享，方便用户进行后续的数据分析和研究。​

三、系统整体设计​

      基于上述核心技术，将微流控芯片、微量流体控制模块、反应条件控制模块、产物检测模块以及数据采集与分析模块集成在一起，构成完整的微型全自动催化剂评价系统。​

（1）微流控芯片模块：作为系统的核心反应和分离单元，集成微通道、微反应室、微混合器、微分离柱等功能结构，用于催化剂的装载、反应物的混合与反应以及产物的分离。​

（2）微量流体控制模块：由微注射泵、微阀、压力传感器、流量传感器以及相应的控制电路组成，负责将反应物精确输送至微流控芯片的微反应室，并实现反应过程中流体的稳定控制和流量、压力的实时监测。​

（3）反应条件控制模块：包括微型加热片、热电偶、压力传感器、压力调节阀以及温度和压力控制电路，用于实现微反应室温度和反应体系压力的精确控制和实时监测，为催化反应提供稳定的反应环境。​

（4）产物检测模块：根据检测需求集成相应的微型检测装置（如微型紫外 - 可见分光光度计、微型电化学检测器或微型质谱检测器），用于对微分离柱分离后的产物进行实时检测，获取产物的浓度、成分等信息。​

（5）数据采集与分析模块：由数据采集卡、计算机以及自动化数据采集与分析软件组成，负责采集各模块的实验数据（如温度、压力、流量、检测信号等），对数据进行实时处理和分析，生成实验报告，并实现数据的存储、导出和共享。

四、应用场景

（1）催化剂研发实验室​

      在高校、科研院所的催化剂研发实验室中，该系统可用于新型催化剂的高通量筛选和性能优化。研发人员能够在短时间内对大量不同组成、结构的催化剂进行性能评价，快速筛选出具有潜在应用价值的催化剂，并通过调整反应条件优化催化剂的性能，大幅缩短催化剂研发周期，降低研发成本。​

（2）化工企业生产过程监测​

      在化工企业的生产过程中，催化剂的性能会随着使用时间的延长而逐渐衰减，影响生产效率和产品质量。该系统可安装在生产装置的旁路上，实时采集少量反应物料，对催化剂的当前性能进行快速评价，及时发现催化剂性能的变化，为催化剂的再生或更换提供依据，确保生产过程的稳定运行。​

（3）环保领域污染物治理​

      在环保领域，催化剂被广泛应用于汽车尾气净化、工业废气处理等污染物治理过程中。该系统可用于现场监测催化剂的净化效率，评估催化剂的使用状况，为环保设备的运行维护和催化剂的选型提供数据支持，有助于提高污染物治理效果，减少环境污染。​

（4）能源领域能源转化​

      在能源领域，催化剂在燃料电池、生物质能转化、煤炭清洁利用等能源转化过程中发挥着重要作用。该系统可用于评价能源转化过程中催化剂的性能，优化反应条件，提高能源转化效率，为新型能源技术的研发和应用提供有力的技术支撑。​

五、总结

      随着催化剂在化工、能源、环保等领域的应用不断扩大，对催化剂评价技术的需求也日益增长。传统的催化剂评价系统由于存在诸多局限性，已经难以满足市场需求，而基于微流控技术的微型全自动催化剂评价系统具有显著的技术优势和广阔的应用前景。

产品展示

      SSC-MACE900微型全自动催化剂评价系统（Micro-automated Catalyst Evaluation System，Automated Fixed-Bed System），实现了固定床反应的全自动化操作，连续流反应。 

产品优势：

1.自动压力控制；

2.自动流量控制；

3.气液混合汽化；

4.反应炉恒温区100mm；

5.全组分和气液分离组分检测自动切换；

6.快速自动建压； 

7.多层报警安全联动，本质安全化设计；