微液滴作为液-液非均相反应的核心载体，具有极高的比表面积和传质效率，广泛应用于萃取分离纯化、生物发酵、精细化工及纳米材料合成等诸多领域。微液滴由于粒径较小，易被连续相携带，可实现反应器内高效、均匀混合。此外，近年来的研究发现，在10 μm以下微液滴的界面上存在高达10⁹ V/m的强电场，电场效应在界面化学中有独特作用，是一种“微反应器”或“化学反应工厂”，能够在界面上自发产生活性物质（如H₂O₂和羟基自由基·OH等）。与体相化学反应相比，微液滴界面上反应速率可提高4~7个数量级（如加速钢铁在海水中的腐蚀等），甚至能促使诸多在常规条件下几乎不可能发生的化学反应自发进行（如环境条件下微水滴能自发形成H₂O₂、实现CO₂加氢转化、NH₃或N₂和CO₂生成尿素、最强有机化学键C-F的脱氟取代以及室温氨分解等），还可显著提高化学反应的选择性和收率。此外，由于大液滴带正电、小液滴带负电，带相反电荷的液滴靠近时会迸发出“微闪电”‌，既能驱动化学反应发生，还能定向生成氢氰酸、甘氨酸、尿嘧啶等构成蛋白质和DNA的关键分子，为生命起源提供了重要的新解释。然而，采用如搅拌或者微通道等传统方法生成的液滴尺寸相对较大（>150 μm），电场效应不明显且难以满足实际生产需要。因此，如何低成本、高效地生成大批量10 μm以下的微液滴成为工业应用的首要瓶颈问题。

近日，青岛能源所绿色反应分离与过程强化技术中心在亚微米微液滴的宏量制备和化学反应过程强化应用方面取得重要进展，提出了一种基于喷射器的低能耗（压降≤1 bar）、高通量（分散相体积分数可高达10%）亚微米微液滴（<10 μm）连续生成方法，该技术利用高速射流形成的强剪切湍流场，精准调控亚微米微液滴破碎与聚并的平衡，成功实现了窄分布亚微米微液滴的连续、稳定和快速制备，突破了现有规模化制备微液滴的技术极限。研究团队系统性地探究了关键结构参数和操作参数（如连续相雷诺数、分散相体积比、循环时间等）对微液滴生成尺寸及其分布的影响。研究结果表明，在最优条件下，所得微液滴平均粒径（d₃₂）可减小至2.1 μm，不仅粒径分布较窄，而且在煤油-水及柴油-水双体系中均表现出优异的性能（如图1所示）。

图1 喷射器结构和操作参数对生成的亚微米微液滴粒径分布影响：（a）煤油-水-SDS体系；（b）柴油-水-SDS体系

研究团队以海藻酸钠合成反应为研究体系，进行了微液滴过程强化应用研究。海藻酸钠是一种从褐藻中提取的天然多糖，具有优良的增稠、乳化、凝胶化和成膜能力，用途非常广泛，其物理形态（特别是粒径大小及分布）对功能效果（如溶解性、凝胶强度等）及应用场景有着决定性的影响。较小粒径的海藻酸钠分子量较低，不仅无需加热即可实现快速溶解，还能减少结块，非常适合冷工艺应用、喷雾干燥或即时混合配方。研究团队以开发的微液滴技术为基础，将海藻酸钠溶液快速高效地分散成亚微米液滴并通过氯化钙固化，通过工艺优化制备出粒径~1.5 μm、形貌较佳的高质量海藻酸钠微球（如图2所示），这种海藻酸钠钙化凝胶（凝胶颗粒存在钙化梯度，表层完全交联钙化，内部仍保留部分未反应的海藻酸钠成分）可广泛应用于医药领域（口服药物递送载体，如口服胰岛素递送等，可包裹药物实现‌缓释+靶向递送‌）、日化美妆与医用辅料/敷料领域（眼霜、精华液等的高端护肤基质、‌微囊/微球囊材辅料‌、黏膜给药水凝胶、精密伤口护理敷料等）以及精细材料合成和微观结构调控（3D生物打印墨水添加剂、细胞培养缓释载体、顺滑剂、高精度“球化”的微型凝胶珠等）上，具有重要的工业应用前景。

图2 采用微液滴技术合成的高品质亚微米海藻酸钠微球

相关研究成果发表在化工期刊Chemical Engineering Journal上，陈阿强副研究员和黄青山研究员为通讯作者。该工作获得了中国科学院A类战略性先导科技专项、国家自然科学基金以及“分析技术开发”计划项目等项目的支持。(文/图 肖航)

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.178247

Xiaokang Hu, Jiao Li, Zhenzhen Wang, Jingcai Cheng, Chao Yang, Fan Zhou, Aqiang Chen, Qingshan Huang. Preparing large number of ultrafine microdroplets using annular ejector [J]. Chemical Engineering Journal, 2026, 543: 178247.

相关发明专利：

[1] 黄青山, 肖航, 陈阿强, 王真真, 张海东, 李萍, 杨艳丽, 程景才, 王浩亮, 杨超. 一种喷射式微液滴产生装置及其微液滴产生方法[中国发明专利], 申请日期: 2025年12月30日, 申请号: 2025120302411.

[2] 黄青山, 陈阿强, 肖航, 张海东, 李萍, 王真真, 杨艳丽, 程景才, 王浩亮, 杨超. 一种文丘里式微液滴产生装置及其微液滴产生方法[中国发明专利], 申请日期: 2025年06月23日, 申请号: 202510845090.2.