作为先进材料合成制备的关键过程，反应结晶在生物、医药、食品、能源等领域发挥着至关重要的作用，其中不仅包括纳/微米的晶体颗粒，更大尺寸的晶体材料的可控、高效制备也受到了广泛的关注。大连理工大学高性能膜与膜耦合过程强化团队在前期研究中提出的膜辅助反应结晶过程构建了精准传质的近二维液层界面（Chem. Eng. Sci., 2020, 228, 116003），对其调控和传质机理进行了数学建模和分子动力学计算，实现了从纳米到微米级晶体颗粒的可控制备（Chem. Eng. Sci., 2023, 266, 118287）。
近日，团队对膜辅助反应结晶过程中膜界面处的流场进行了重构，通过重力场与膜渗透表面流场耦合，将与膜表面平行的二维液层延展为与膜表面垂直的三维喷射流流场：基于水平膜组件的设置及壳程水溶液的流动调控，结合乙醇溶液和水溶液间的密度差，能够让中空纤维膜表面渗透的乙醇溶液流场在三维空间内延展，形成一系列均匀分布的柱状喷射流。柱状喷射流与主体溶液之间的界面起到了一个重要的限域作用，反应离子在该界面处相互碰撞并发生成核反应，同时射流的径向流动则为晶体提供了一个取向性的生长路径，最终制备了毫米级的中空线状晶体聚集体；同时，在壳程雷诺数的影响下，晶体能够自动进行多次的‘脱落-再生长’循环，实现了晶体聚集体的高通量制备（AIChE J., 2024; e18474）。
图1 膜界面重构的喷射流限域结晶制备晶体聚集体（A）由喷射流构建线状晶体聚集体的过程示意图（B）柱状喷射流界面限域结晶机理图（C）喷射流的形成过程和晶体聚集体的生长过程
以上相关成果发表在化工领域Top期刊AIChE Journal上（DOI: 10.1002/aic.18474）。论文的第一作者为大连理工化工学院博士研究生牛宇超，通讯作者为大连理工大学化工学院姜晓滨教授。该研究得到了大连市科技人才创新支持计划（2023RJ001）、国家自然科学基金（22021005；22378041）的支持。
