Reazioni fotocatalitiche, che sbloccano le trasformazioni chimiche in condizioni blande che non sono disponibili per i percorsi convenzionali dello stato fondamentale, può risparmiare il consumo di energia e migliorare la sicurezza intrinseca dei processi. In quanto tecnologia sostenibile e a basse emissioni di carbonio, ha un alto potenziale nell'impegno per il picco di carbonio e la neutralità del carbonio.

La chimica a flusso continuo può, in larga misura, migrare il problema della "limitazione della luce" nei protocolli batch tradizionali, e l'uso della fotocatalisi eterogenea può superare gli svantaggi del difficile recupero del catalizzatore in sistemi omogenei. Però, la gestione efficace della fotocatalisi solida in flusso continuo rimane ancora una sfida.

In uno studio pubblicato su Giornale di ingegneria chimica , un team guidato dal Prof. TANG Zhiyong e Assoc. Il prof. ZHANG Jie dello Shanghai Advanced Research Institute dell'Accademia cinese delle scienze ha riportato un nuovo approccio per utilizzare la fotocatalisi solida in flusso continuo senza intasamento con l'impiego del flusso segmentato gas-liquido-solido. Questo approccio, grazie al ricircolo interno in segmenti liquidi e al film sottile formato, assicura l'efficace sospensione dei catalizzatori solidi in flusso, con conseguente aumento del trasferimento di massa e dell'irradiazione.

L'azobenzene e l'azossibenzene sono importanti precursori nell'industria dei pigmenti, industria elettronica e industria farmaceutica. In questo studio, la sintesi selettiva di azocomposti da nitrobenzene mediante fotocatalisi di nitruro di carbonio grafitico (g-C3N4) è stata scelta come reazione fotocatalitica modello. Attraverso esperimenti di flusso visivo, la reazione modello sotto flusso segmentato gas-liquido-solido è stata studiata a fondo. Nel frattempo, sono stati quantificati gli effetti del comportamento del flusso sulle prestazioni della fotoreazione.

Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che il flusso continuo potrebbe ridurre notevolmente il tempo di reazione. Le prestazioni della reazione fotocatalitica erano molto sensibili alle condizioni di flusso segmentato gas-liquido-solido, che deve essere attentamente sintonizzato.

L'aumento della frazione di gas inerte ha portato a un flusso segmentato più stabile con segmenti liquidi più corti e film liquido pensatore. La produttività massima per volume del fotomicroreattore continuo ha raggiunto 26,1 mmol/h*L. Beneficiando del vantaggio della "numerazione in su", questo valore era più di 500 volte quello del reattore batch (80 L) riportato in letteratura.

Questi risultati hanno dimostrato un grande potenziale di flusso segmentato gas-liquido-solido nel campo della fotocatalisi eterogenea. Questo studio fornisce un nuovo percorso per utilizzare la catalisi eterogenea in flusso continuo, che può essere applicato per intensificare la sintesi di materiali funzionali, chimica fine e principi attivi farmaceutici.