微化工技术现今已成为解决高端化学品连续化、绿色化和安全化制造生产过程中诸多瓶颈问题的重要手段,具有广泛的应用前景。气液相逆向流动是提高传质推动力、促进质量传递的有效流动形式,在精馏、吸收等过程中广泛应用,但在微尺度下,表面力的主导使得气液相的逆流驱动成为该领域的一个挑战。本文的目的是开发一种易加工且操作方便的能够实现气液相逆流的微尺度传质分离装置,在此基础上,研究微尺度装置的流体力学及传质特性,为利用微尺度装置进行气液相逆流传质分离过程提供一种新思路。首先,设计了两种微尺度装置内的微结构,并研究了两种微结构实现气液相逆流传质分离的可行性。一种为微沟槽阵列,利用微沟槽的毛细作用,将液体约束在微通道周围流动,中间为气相通道;另一种是呈螺旋线型的微尺度限域结构,将液体约束在限域结构内部流动,外侧为气相通道。通过微尺度精馏实验以及气液相流动观察实验发现,微沟槽阵列玻璃装置在未经进一步改进的情况下无法直接达到约束液体的目的,限域结构能够实现约束液体流动的目标。在此基础上,针对应用于微尺度气液相逆流传质分离装置的限域结构,系统探究了该结构的单相流体流动特性。分别使用由树脂、不锈钢材料制成的限域结构进行流体力学实验。通过高速摄像机观察到液体在限域结构上的两种流型:稳定流和液珠流。随后对限域结构上的凹液面轮廓进行了观察,定义了凹液面宽度,考察了几何尺寸、液体表面张力和粘度对液相负荷和凹液面宽度的影响,为理解传质行为提供基础。最后,对微尺度气液相逆流传质分离装置内气液两相流体力学及传质特性进行实验研究。通过数控车床加工聚甲基丙烯酸甲酯基板,装填入限域结构,形成完整的微装置。测量了微装置的操作范围,对于装填S1005限域结构的微尺度装置,最大液相负荷为230μL·min-1,最大气相负荷为500 m L·min-1。研究了气液流量对凹液面宽度的影响,随着液体流量的增大,气体流量的减小,凹液面宽度减小。使用1 mol·L-1 Na OH溶液吸收纯CO2评价了微装置的传质性能,考察了气液相流量和不同气液比对平均液相传质系数KL的影响,结果得到在液体流量50μL·min-1,气体流量1500μL·min-1的条件下,KL为43.5×10-5 m·s-1。