臭氧是一種強力且無二次污染的氧化劑，然而其應用過程中常常伴隨著富氧的有機環(huán)境，并且反應過程中會釋放大量的熱量，這使得反應條件的要求變得嚴格，安全風險也相應增大。
連續(xù)流技術(shù)憑借其低持液體積和高換熱比表面積的特點，使得反應過程變得更加安全可靠，從而為臭氧的大規(guī)模工業(yè)化應用提供了可能性。
讓我們一起隨里約熱內(nèi)盧聯(lián)邦大學Rodrigo O. M. A. de Souz 教授團隊一起了解近年來關于連續(xù)流臭化的研究進展。
微反應器臭氧化案例：
1、環(huán)己烯和硫代苯甲醚的臭氧氧化
-Maier及其同事設計了一款3D打印流動量熱計，用模塊化微反 應系統(tǒng)研究了環(huán)己烯和硫代苯甲醚的臭氧氧化并且測量了硫代苯甲醚臭氧分解的反應熱。
環(huán)己烯和硫醚的連續(xù)臭氧化
-環(huán)己烯臭氧化條件優(yōu)化反應停留時間低于2秒、轉(zhuǎn)化率高于90%。在0°C下，停留時間1.7 s，己二醛收率達到94%。
-硫代苯甲醚臭氧化在同樣的反應器上，0℃下停留時間1s內(nèi)收率99%，穩(wěn)定運行3h，苯甲基亞砜產(chǎn)量為1.77 g.h-1，對應的時空收率為1.84 kg L.h-1，分離收率89%，純度為99.5%。
-二苯硫醚臭氧化在同樣條件下，停留時間 1.7 s，收率98%。
-在環(huán)己烯優(yōu)化的到的最佳條件下用臭氧氧化了2-苯基丙烯、對氯苯乙烯和對甲氧基苯乙烯均得到比較好的結(jié)果，產(chǎn)率分別為77%、67%和51%。
-作者利用為連續(xù)流設計的3D打印等溫熱流量熱計測量了苯甲硫醚臭氧化反應的反應熱為-165±4 kJ/mol。
2、β-蒎烯臭氧化
康寧歐洲技術(shù)中心Vaz及其同事，采用康寧新型本質(zhì)安全臭氧進料系統(tǒng)結(jié)合康寧G1高通量微通道反應器，以β-蒎烯臭氧化作為研究案例進行了研究。
β-蒎烯連續(xù)臭氧化
β-蒎烯是紙漿和造紙行業(yè)的副產(chǎn)品便宜易得， 其氧化產(chǎn)物諾蒎酮是一種重要的藥物中間體。
研究結(jié)果為：
-轉(zhuǎn)化率為94%，諾蒎酮收率為52%，產(chǎn)量為16.2 g.h-1，比之前文獻提高了67倍（0.24 g.h-1）。
-安全、高通量臭氧進料系統(tǒng)的開發(fā)使反應的放大成為可能，且高壓臭氧處理提高了臭氧的溶解度，從而提高了工藝生產(chǎn)效率。
3、木質(zhì)素連續(xù)臭氧氧化
Figueiredo等以香草醛為模型化合物研究了常溫常壓下木質(zhì)素連續(xù)臭氧氧化過程。
Figueiredo 報道的木質(zhì)素連續(xù)臭氧化裝置
-雖然原料沒有完全轉(zhuǎn)化（停留時間0.26 min，轉(zhuǎn)化率53%），但比文獻報道結(jié)果好（1.87 min轉(zhuǎn)化率45%）。
-作者認為微通道反應器的高效傳質(zhì)效果是反應結(jié)果提升的主要原因。
-香草醛作為模型化合物和三種不同木質(zhì)素（熱解木質(zhì)素、丁醇木質(zhì)素和乙醇木質(zhì)素），通過臭氧氧化開環(huán)，隨后的催化加氫處理，轉(zhuǎn)化為一系列二羧酸和酯以及縮醛的轉(zhuǎn)化率很高，與沒有事先對底物進行臭氧處理直接氫化相比，轉(zhuǎn)化率提高了2.5倍。
4、喹啉和8-硝基喹啉的連續(xù)臭氧化
Lee及其同事利用康寧AFR的Low-flow 反應器對喹啉和8-硝基喹啉的連續(xù)臭氧化進行了研究。
喹啉和8-硝基喹啉的臭氧化及配置圖
-結(jié)合傳質(zhì)系數(shù)和停留時間分布的測量，研究喹啉和8-硝基喹啉的連續(xù)臭氧化反應速率常數(shù)。速率常數(shù)的預測與不同的回收比率和臭氧以及底物濃度的實驗結(jié)果非常吻。
-康寧反應器獨有的心型通道結(jié)構(gòu)，可以使流體分離后再混合，可以有效提高兩相之間的混合效果。
-作者對不同比例的液流進行了再利用研究，在最佳反應溫度為20 ℃時，喹啉的轉(zhuǎn)化率從單程的75.6%提高到4次循環(huán)的95.2%，處理后的總收率為72.7%。
-對于具有吸電子基團的8-硝基喹啉，轉(zhuǎn)化率從52.4%提高到76.9%，表明回收方法的效率很高。在相同條件下，處理后的總收率為24.7%。
-同時基于優(yōu)化的參數(shù)，在LFR中以更高的流速和濃度進行了6-甲氧基喹啉臭氧化反應。在單次運行中實現(xiàn)了45.2%的轉(zhuǎn)化率，在4的循環(huán)比下實現(xiàn)了73.5%的轉(zhuǎn)化率。
5、α-蒎烯和異戊二烯混合物的臭氧分解
王和他的團隊在定制的連續(xù)流反應器中通過結(jié)合實驗和動力學建模，對α-蒎烯和異戊二烯混合物的臭氧分解進行了深入研究。
α-蒎烯/異戊二烯連續(xù)臭氧氧化裝置
-作者比較了在底物氧化過程中，沒有OH自由基清除劑的情況下的羥基與臭氧的作用，以進一步理解異戊二烯如何影響α-蒎烯臭氧分解。
-這些研究有助于我們理解白天（高OH）時，由植被排放的烯烴是如何通過臭氧分解成為大氣中低揮發(fā)性有機化合物和二次有機氣溶膠（SOA）的主要來源之一。作者認為羥基在抑制異戊二烯分解中起著重要作用。
總結(jié)：
隨著連續(xù)流技術(shù)的不斷發(fā)展，臭氧氧化的應用在新的領域不斷發(fā)展，反應機理和設備開發(fā)的研究都在深入進行中。
臭氧氧化可以得到豐富含氧官能團的中間體，在醫(yī)藥，材料和生物質(zhì)利用等領域有廣泛的應用前景。臭氧氧化的過程伴隨著富氧條件，容易形成爆炸混合物，而連續(xù)流尤其是微通道技術(shù)持液體積小，本質(zhì)安全水平高，可以有效規(guī)避這一安全風險，可以有效推進臭氧氧化的工業(yè)化應用。
關注公眾號
