Mikroreaktory vyrobené 3D tiskem

Jan Klusák

Doctoral thesis

3D printed micro-reactors

Abstract:

Disertační práce se zabývá vývojem a následnou výrobou mikroreaktorů pomocí technologie 3D tisku metodou FDM a následným použitím těchto mikroreaktorů pro syntézu nanočástic stříbra. Práce je rozdělena na teoretickou, experimentální a výsledkovou část. Teoretická část práce je rozdělena na několik tematických oblastí, které úzce souvisí s vývojem mikroreaktorů pomocí 3D tisku a jejich následnou aplikací pro syntézu nanočástic stříbra. První tematická oblast je zaměřena na fyzikálních vlastnosti mikroreaktorů, jejich výhody, nevýhody a využití. Pozornost je věnována také míchání a přenosovým jevům, které jsou charakteristické pro oblast mikroměřítka. Další tematická oblast je zaměřena na nanotechnologie, biosyntézu nanočástic a jejich využití. Poslední tematická oblast je věnována aditivní výrobě, převážně pak principu, metodám 3D tisku a současnému stavu poznání v oblasti 3D tisku mikroreaktorů. Experimentální část je složena z několika hlavních bodů. Prvním bodem je návrh a konstrukce mikroreaktorů, výroba dvou typů mikroreaktorů – MZ2R a VZ2R pomocí 3D tisku a následné analýzy pomocí rentgenové výpočetní tomografie. Dalším bodem je vývoj a výroba 3D tisknutelných lineárních dávkovačů, sloužících k dávkování kapalin do mikroreaktorů. Třetím bodem je sestavení a popis mikrofluidní aparatury a popis použitých analytických metod. Posledním bodem je biosyntéza nanočástic stříbra na vytištěných reaktorech a analýza vyrobených nanočástic pomocí UV-VIS spektrofotometrie a skenovací transmisní elektronové mikroskopie. Vlastnosti 3D-tištěných mikroreaktorů, stejně tak i výsledky analýz připravených nanočástic jsou diskutovány ve výsledkové části práce.

Abstract:

The development and subsequent manufacturing of microreactors using FDM 3D printing technology and applying these printed microreactors for the synthesis of silver nanoparticles were the main topics of this thesis. The work is divided into a theoretical part, an experimental part, and results. The work's theoretical part is divided into several thematic areas, which are closely related to the development of microreactors using 3D printing and their subsequent applications for the synthesis of silver nanoparticles. The first thematic area is focused on the physical properties of microreactors, their advantages, disadvantages, and uses. Attention is also paid to mixing and transport phenomena, which are characteristic in microscale. Another thematic area is focused on nanotechnologies, biosynthesis of nanoparticles, and their use. The last thematic is focused on additive manufacturing, mainly to the principle, methods of 3D printing, and the current state of knowledge in 3D printing of microreactors. The experimental part consists of several main points. The first point is focused on microreactors, their design, construction, and manufacturing of two microreactors types – MZ2R and VZ2R by the 3D printing and then analysis of these microreactors by the computed tomography. Another point is to design and subsequent manufacturing 3D printed syringe pumps, which are used to fill liquids into microreactors. The third point is an assembly and detailed description of the microfluidic apparatus, including analytical methods. The last point is the biosynthesis of silver nanoparticles using 3D printed microreactors and subsequent analysis of the produced nanoparticles by UV-VIS spectrophotometry and scanning transmission electron microscopy. The properties of 3D-printed microreactors and the results from the analysis of prepared nanoparticles are discussed in the final part of the work.

Keywords

3D tisk, mikroreaktory, míchání, přenosové jevy, biosyntéza, nanočástice, UV-VIS spektrometrie, skenovací transmisní elektronová mikroskopie

Keywords

3D printing, microreactors, mixing, transport phenomena, biosynthesis, nanoparticles, UV-VIS spectrometry, scanning transmission electron microscopy

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 7. 2021

Thesis defence

• Date of defence: 5. 11. 2021
• Supervisor: Marek Večeř
• Reader: Roman Maršálek, Jaromír Havlica, Kamil Wichterle

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta materiálově-technologická

Doctoral programme / field:
Procesní inženýrství / Procesní inženýrství