Las empresas están interesadas en utilizar reactores químicos en miniatura para fabricar productos farmacéuticos y productos químicos finos. pero están desanimados por su tendencia a atascarse. Investigadores de KU Leuven, Bélgica, Ahora hemos ideado una forma elegante de utilizar ondas sonoras para mantener el flujo de los productos químicos.

La industria química produce convencionalmente en grandes lotes, pero este enfoque tiene inconvenientes. Desde un punto de vista medioambiental, utiliza mucha energía y produce grandes volúmenes de disolvente residual cuando se limpian los reactores. Luego está el costo y la inconveniencia de almacenar los productos químicos producidos hasta que se necesiten. o transportarlos al lugar donde se utilizarán.

Reactores más pequeños que producen un flujo continuo del producto químico deseado, cuando y donde se necesite, se ven como una solución mucho más inteligente. Pero estos reactores en miniatura, con volúmenes internos desde un par de microlitros hasta un par de mililitros, tienen tendencia a obstruirse si se producen partículas en la reacción, o requeridos como catalizadores.

Este es el problema que el profesor Simon Kuhn y el Dr. Zhengya Dong del Departamento de Ingeniería Química de KU Leuven se propusieron resolver. Su investigación, publicado en la revista Royal Society of Chemistry Laboratorio en un chip , se llevó a cabo en colaboración con la Universidad de Twente en los Países Bajos.

Ya se sabía que el ultrasonido (ondas sonoras con frecuencias demasiado altas para que los humanos las escuchen) podría usarse para mover partículas en un líquido. El desafío era encontrar una manera de aplicar la fuerza del ultrasonido dentro de los canales estrechos de un microrreactor.

Su primer pensamiento fue utilizar ultrasonidos de baja frecuencia para separar los grupos de partículas. "Pero esto es muy violento, y calienta el reactor, "El profesor Kuhn explica." Se forman estas burbujas de cavitación, pequeñas zonas libres de líquido, que destruyen sus partículas, pero luego también destruyen su reactor ".

Su siguiente idea fue utilizar frecuencias más altas, cuales, si está correctamente enfocado, empujaría las partículas lejos de las paredes del canal del reactor y dejaría de obstruirse de esa manera. Lograr esto, el reactor tenía que ser diseñado con mucha precisión, con canales de solo medio milímetro de ancho grabados en la superficie de una placa de silicio que podría integrarse con la fuente de ultrasonidos.

Los científicos probaron el reactor prototipo con carbonato de calcio y sulfato de bario, que reaccionan muy fuerte y muy rápidamente para formar una sal inorgánica. Esto forma rápidamente grandes grupos de partículas. Si bien no es útil en sí mismo, la sal proporciona la prueba más dura posible para el reactor. "Si puedes hacerlo con estas partículas, puedes hacerlo con cualquier otra cosa ".

El ultrasonido no solo mantuvo el producto fluyendo sin problemas, forzar las partículas en el centro del canal ayudó a mezclarlas, y así mejoró la eficacia de la reacción.

El siguiente paso es ampliar el proceso, aunque no agrandando los reactores. "Si puedes producir un par de gramos por segundo, eso ya es bastante bueno, "Dice el profesor Kuhn." Si luego ejecutas un par de reactores en paralelo o en serie, se puede alcanzar un nivel de productividad interesante para la industria ".

El estudio se inscribe en el ámbito de una beca de investigación básica del Consejo Europeo de Investigación (ERC). "Si bien estos proyectos son fundamentales, investigación de cielo azul, no solo investigamos por el simple hecho de hacerlo, El profesor Kuhn dice:"Estamos desarrollando una tecnología que también es realmente relevante para la industria".