Réactions photocatalytiques, qui débloquent des transformations chimiques dans des conditions douces qui ne sont pas disponibles pour les voies conventionnelles de l'état fondamental, peut réduire la consommation d'énergie et améliorer la sécurité intrinsèque des processus. En tant que technologie durable et à faible émission de carbone, il a un fort potentiel dans l'engagement envers le pic carbone et la neutralité carbone.

La chimie en flux continu peut, dans une large mesure, migrer le problème de « limitation de la lumière » dans les protocoles batch traditionnels, et l'utilisation de la photocatalyse hétérogène peut surmonter les inconvénients d'une récupération difficile du catalyseur dans des systèmes homogènes. Cependant, la gestion efficace de la photocatalyse solide en flux continu reste toujours un défi.

Dans une étude publiée dans le Revue de génie chimique , une équipe dirigée par le Prof. TANG Zhiyong et Assoc. Le professeur ZHANG Jie de l'Institut de recherche avancée de Shanghai de l'Académie chinoise des sciences a présenté une nouvelle approche pour utiliser la photocatalyse solide en flux continu sans colmatage avec l'emploi d'un flux segmenté gaz-liquide-solide. Cette approche, possédant à la recirculation interne dans les segments liquides et le film mince formé, assure la mise en suspension efficace des catalyseurs solides en flux, résultant en un transfert de masse et une irradiation améliorés.

L'azobenzène et l'azoxybenzène sont des précurseurs importants dans l'industrie des pigments, l'industrie électronique et l'industrie pharmaceutique. Dans cette étude, la synthèse sélective de composés azoïques à partir du nitrobenzène par photocatalyse au nitrure de carbone graphitique (g-C3N4) a été choisie comme modèle de réaction photocatalytique. Grâce à des expériences de flux visuel, la réaction modèle sous écoulement segmenté gaz-liquide-solide a été étudiée en profondeur. Pendant ce temps, les effets du comportement de l'écoulement sur les performances de la photoréaction ont été quantifiés.

En outre, les chercheurs ont découvert que le flux continu pouvait considérablement raccourcir le temps de réaction. Les performances de la réaction photocatalytique étaient très sensibles aux conditions d'écoulement segmenté gaz-liquide-solide, qui doit être soigneusement réglé.

L'augmentation de la fraction de gaz inerte a entraîné un écoulement segmenté plus stable avec des segments liquides plus courts et un film liquide penseur. La productivité maximale par volume du photo-microréacteur continu a atteint 26,1 mmol/h*L. Bénéficiant de l'avantage de la "numérotation vers le haut", cette valeur était plus de 500 fois celle du réacteur discontinu (80 L) rapportée dans la littérature ouverte.

Ces résultats ont démontré un grand potentiel d'écoulement segmenté gaz-liquide-solide dans le domaine de la photocatalyse hétérogène. Cette étude fournit une nouvelle voie pour utiliser la catalyse hétérogène en flux continu, qui peut être appliqué pour intensifier la synthèse de matériaux fonctionnels, chimie fine et principes actifs pharmaceutiques.