Forskere bruger lydbølger til at forhindre små kemiske reaktorer i at tilstoppe

Virksomheder er ivrige efter at bruge miniaturekemiske reaktorer til fremstilling af lægemidler og finkemikalier, men er modløse af deres tendens til at tilstoppe. Forskere ved KU Leuven, Belgien, har nu udtænkt en elegant måde at bruge lydbølger til at holde kemikalierne flydende.

Den kemiske industri producerer konventionelt i store partier, men denne fremgangsmåde har ulemper. Fra et miljømæssigt synspunkt, den bruger meget energi og producerer store mængder affaldsopløsningsmiddel, når reaktorerne rengøres. Derefter er der omkostninger og besvær ved at opbevare de producerede kemikalier, indtil de er nødvendige, eller transportere dem til det sted, hvor de skal bruges.

Mindre reaktorer, der producerer en kontinuerlig strøm af det ønskede kemiske produkt, når og hvor det er nødvendigt, ses som en meget smartere løsning. Men disse miniatureaktorer, med interne mængder fra et par mikroliter til et par milliliter, har en tendens til at tilstoppe, hvis der dannes partikler i reaktionen, eller kræves som katalysatorer.

Dette er det problem, professor Simon Kuhn og Dr. Zhengya Dong i Institut for Kemiteknik ved KU Leuven satte sig for at løse. Deres forskning, offentliggjort i Royal Society of Chemistry journal Lab on a Chip , blev udført i samarbejde med University of Twente i Holland.

Det var allerede kendt, at ultralyd (lydbølger med frekvenser for høje til, at mennesker kan høre) kunne bruges til at flytte partikler rundt i en væske. Udfordringen var at finde en måde at anvende ultralydskraften på inden for de smalle kanaler i en mikroreaktor.

Deres første tanke var at bruge lavfrekvent ultralyd til at ryste partiklerne fra hinanden. "Men det er meget voldeligt, og opvarmer reaktoren, "Professor Kuhn forklarer." Du danner disse kavitationsbobler-små væskefrie zoner-som ødelægger dine partikler, men så ødelægger de også din reaktor. "

Deres næste idé var at bruge højere frekvenser, hvilken, hvis det er korrekt fokuseret, ville skubbe partiklerne væk fra reaktorkanalens vægge og stoppe tilstopning på den måde. For at opnå dette, reaktoren skulle konstrueres meget præcist, med kanaler kun en halv millimeter brede ætset ind i overfladen af ​​en siliciumplade, der kunne integreres med ultralydskilden.

Forskerne testede prototypeaktoren med calciumcarbonat og bariumsulfat, som reagerer meget stærkt og meget hurtigt for at danne et uorganisk salt. Dette danner hurtigt store klumper af partikler. Selvom det ikke er nyttigt i sig selv, saltet giver den hårdeste test muligt for reaktoren. "Hvis du kan gøre det med disse partikler, du kan gøre det med alt andet. "

Ultralydet holdt ikke kun produktet flyder glat, at tvinge partiklerne ind i midten af ​​kanalen hjalp med at blande dem, og forbedrede således reaktionens effektivitet.

Det næste trin er at skalere processen, dog ikke ved at gøre reaktorerne større. "Hvis du kan producere et par gram per sekund, det er allerede godt, "Professor Kuhn siger." Hvis du derefter kører et par reaktorer parallelt eller i serie, du kan nå et produktivitetsniveau, der er interessant for industrien. "

Undersøgelsen falder inden for rammerne af et grundforskningstilskud fra European Research Council (ERC). "Selvom disse projekter handler om grundlæggende, blå-himmel forskning, vi laver ikke bare research af hensyn til det, "Professor Kuhn siger." Vi udvikler en teknologi, der også er virkelig relevant for industrien. "