Bedrijven willen graag miniatuurchemische reactoren gebruiken om geneesmiddelen en fijnchemicaliën te maken, maar worden ontmoedigd door hun neiging om te verstoppen. Onderzoekers aan de KU Leuven, België, hebben nu een elegante manier bedacht om geluidsgolven te gebruiken om de chemicaliën te laten stromen.

De chemische industrie produceert conventioneel in grote batches, maar deze benadering heeft nadelen. Vanuit milieuoogpunt, het verbruikt veel energie en produceert grote hoeveelheden afvaloplosmiddel wanneer de reactoren worden schoongemaakt. Dan zijn er de kosten en het ongemak van het opslaan van de geproduceerde chemicaliën totdat ze nodig zijn, of ze te vervoeren naar de plaats waar ze zullen worden gebruikt.

Kleinere reactoren die een continue stroom van het gewenste chemische product produceren, wanneer en waar het nodig is, worden gezien als een veel slimmere oplossing. Maar deze miniatuurreactoren, met interne volumes van een paar microliter tot een paar milliliter, hebben de neiging om te verstoppen als er deeltjes bij de reactie worden geproduceerd, of vereist als katalysator.

Dit is het probleem dat professor Simon Kuhn en Dr. Zhengya Dong van het departement Chemische Technologie van de KU Leuven wilden oplossen. Hun onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Royal Society of Chemistry Lab op een chip , is uitgevoerd in samenwerking met de Universiteit Twente in Nederland.

Het was al bekend dat ultrageluid (geluidsgolven met frequenties die te hoog zijn voor mensen om te horen) kan worden gebruikt om deeltjes in een vloeistof te verplaatsen. De uitdaging was om een ​​manier te vinden om de ultrasone kracht toe te passen in de nauwe kanalen van een microreactor.

Hun eerste gedachte was om laagfrequente echografie te gebruiken om de klompjes deeltjes uit elkaar te schudden. "Maar dit is erg gewelddadig, en verwarmt de reactor, " Professor Kuhn legt uit. "Je vormt deze cavitatiebellen - kleine vloeistofvrije zones - die je deeltjes vernietigen, maar dan vernietigen ze ook je reactor."

Hun volgende idee was om hogere frequenties te gebruiken, die, indien correct gefocust, zou de deeltjes wegduwen van de wanden van het reactorkanaal en op die manier stoppen met verstoppen. Om dit te behalen, de reactor moest heel precies worden ontworpen, met kanalen van slechts een halve millimeter breed geëtst in het oppervlak van een siliciumplaat die zou kunnen worden geïntegreerd met de ultrasone bron.

De wetenschappers testten de prototypereactor met calciumcarbonaat en bariumsulfaat, die zeer sterk en zeer snel reageren om een ​​anorganisch zout te vormen. Dit vormt snel grote klompen deeltjes. Hoewel op zich niet handig, het zout biedt de zwaarste test die mogelijk is voor de reactor. "Als je het kunt doen met deze deeltjes, je kunt het met iets anders doen."

Niet alleen zorgde de echo ervoor dat het product soepel bleef stromen, door de deeltjes naar het midden van het kanaal te dwingen, werden ze gemengd, en zo de efficiëntie van de reactie verbeterd.

De volgende stap is het opschalen van het proces, maar niet door de reactoren groter te maken. "Als je een paar gram per seconde kunt produceren, dat is al aardig goed, Professor Kuhn zegt. "Als je dan een paar reactoren parallel of in serie laat draaien, je kunt een productiviteitsniveau bereiken dat interessant is voor de industrie."

De studie valt binnen de scope van een basisonderzoeksbeurs van de European Research Council (ERC). "Hoewel deze projecten over fundamentele, onderzoek naar de blauwe lucht, we doen niet alleen onderzoek omwille van het, Professor Kuhn zegt. "We ontwikkelen een technologie die ook echt relevant is voor de industrie."