Samling af kræfterne fra elektrokemi og flowteknologi

Kombinationen af ​​elektrokemi og flowteknologi lover meget for bæredygtig produktion af værdifulde kemikalier, såsom biobaserede råvarer. Forsker Yiran Cao har udforsket elektrokemisk organisk syntese i flow, og især kontinuert-flow mikroreaktorer, et nyt og spændende felt, der byder på flere udfordringer. Cao forsvarede sin ph.d. speciale tirsdag den 7. september.

Elektrokemi beskæftiger sig med forholdet mellem elektriske og kemiske processer. Disse fænomener finder altid sted i grænsefladen mellem to ledere, en elektrolyt og en elektrode.

Det har flere fordele i forhold til normale kemiske reaktioner, da det giver dig mulighed for at udføre kemi med sporløse elektroner som reagenser. Det betyder mindre brug af farlige kemikalier. Det giver dig også mulighed for at bruge grøn elektricitet fra bæredygtige energikilder, som sol- og vindenergi. Den er også meget tunbar og skalerbar, som gør det muligt at producere værdifulde kemikalier på en sikker og bæredygtig måde.

Løftet om flow

Når det kombineres med flowteknologi (som beskæftiger sig med væskers dynamik), elektrokemi giver endnu større kontrol over reaktionsbetingelserne. Implementering af elektrokemiske reaktioner i flow, imidlertid, er meget mere kompliceret end blot at pumpe reaktionsblandingen ind i en elektrolysecelle.

"Forståelse af de tekniske principper bag observationerne kan hjælpe med at udnytte teknologiens fulde potentiale, " siger Yiran Cao.

I sin afhandling, den kinesiskfødte forsker har udforsket elektrokemisk organisk syntese i flow, med fokus på såkaldte kontinuert-flow mikroreaktorer, som kan bruges til at omdanne biobaserede råvarer.

Hans forskning omfattede flere faser, fra design og verifikation af en elektrokemisk mikrostrømsreaktor, den elektrokemiske omdannelse af furfural (et typisk biobaseret kemikalie) til værdifulde kemikalier i flow, til transformation og acceleration af en gas-væske bifasiske elektrokemiske reaktioner til en mikrostrømsreaktor, og den numeriske analyse af væske-væske Taylor flow regime.

Udgangspunktet

"Det var mit mål at kombinere organisk kemi og kemiteknik, som forhåbentlig vil tjene som en nyttig reference og et udgangspunkt for andre forskere, der ønsker at omsætte deres elektrokemi til flow, " siger forskeren.

"Selvom der er sket betydelige fremskridt gennem det sidste årti, det er ikke uden en udfordring at komme videre. Samfundet bør fokusere mere på eksempler, der giver afgørende fordele, såsom multifase elektrokemi. Dette er fortsat stort set underrepræsenteret til dato."

En af udfordringerne, som Cao stødte på i sin forskning, var tilstopningen af ​​kanalerne, hvilken, ifølge ham, fortsætter med at være mikroreaktorteknologiens akilleshæl. At løse disse problemer kræver utvivlsomt samarbejde mellem kemiingeniører og kemikere fra både den akademiske verden og industrien, han tror.

"Jeg er overbevist om, at fremskridt på disse aspekter vil øge anvendeligheden af ​​flowreaktorteknologi og vil skubbe grænserne for syntetisk organisk elektrokemi."