近期，H.E.L 邀请了四位流动化学领域的专业人士在一场关于该主题的在线研讨会上发言。在演讲者分享了各自的研究与经验并回答了与会者的提问之后，我们也借此机会向他们提出了一些问题。以下是演讲者分享的在流动化学工作中遇到的“痛点”。
- 在线分析与离线分析之争
- 平行反应器减轻筛选难题
- 粒径问题
- 解决气/液溶解度问题
在线分析与离线分析之争
来自杜伦大学 (Durham University) 的合成无机化学讲师兼 EPSRC 制造研究员 Russell Taylor 博士与博士生 Samuel Raynes 指出，他们面临的首要问题是在线气相分析。在线分析的难点在于使所有物质保持在气相中，尤其是在使用 GC-MS-BID 时。他们研究所需达到的某些温度本身就是一项挑战：丙烷脱氢需要
600 °C 的温度，甲烷芳构化则需要 800 °C。在如此高的温度下，在线分析过程中很难使产物保持在适当的相态。
在比较在线分析和离线分析时，Sam 和 Russell 一致认为在线分析更可取。在实验中途改变参数（例如阶梯式升温）的研究中尤其如此。在线分析使您能够在结果产生的同时进行识别和分析，处于有利位置。相反，离线工作可能让您不得不反复自问是否考虑到了所有因素：碳平衡是否可以接受？取样过程中是否存在污染风险？样品是否有降解或损失？
只要检测方法设置正确，在线工作的好处在于可以确知从反应器流出的所有物质都直接进入了 GC。杜伦大学的研究人员最终得出结论，由于氖气和氦气的惰性，他们无法对这两种气体进行在线分析。
平行反应器减轻筛选难题
杜伦大学团队还认识到，催化剂筛选技术通常以间歇方式进行，可在同一系统上运行多个反应器和多种催化剂。与之不同的是，流动工艺通常采用单反应器实验，一次只研究一种催化剂。拥有不止一台流动反应器始终是他们的理想配置，尤其是在需要大批量筛选的情况下。使用多台反应器进行平行测试，可大幅缩短所需时间，从数天缩短至一天。
平行流动催化本身也带来了工程方面的挑战。具体而言，出于数据质量的考虑，测试时间需要延长。如果多台流动反应器共用一套分析系统，而每台反应器所需的分析方法需要半小时才能完成，那么每个样品每天产生的数据点就会减少。Taylor 博士总结道，当多台流动反应器共用一套分析系统时，必须做出取舍。在只有一套（或有限的）分析系统的情况下，实验要么针对一种催化剂进行频繁的数据分析、获得大量数据点，要么在平行筛选模式下使每种催化剂的数据点较少。研究人员将根据实验需求选择最适合其研究的方法。
粒径问题
化学家、研究员兼葛兰素史克 (GSK) 副研究员 Lee Edwards 认为，他的多相催化工作面临的最大问题是催化剂本身。制药公司需要为其流动化学应用采购粒径非常特定的催化剂，通常在 50-400 微米之间，而难点在于找到足量处于这一粒径范围的催化剂。GSK 投入了大量精力从多家催化剂供应商处采购特定催化剂，并与学术界合作开发新的催化剂。为解决这一问题，GSK 与其他制药公司组成了非正式合作联盟，以提高议价能力，并争取催化剂供应商改善供应。Lee 希望这种集体行动能够改善整个制药行业的供应状况。
雷根斯堡大学 (University of Regensburg) Sofja Kovalevskaja 课题组组长 Joshua Barham 博士非常认同 Lee 关于粒径重要性的观点。流动催化技术面临的问题，尤其在于如何实现对非均相悬浮流中所发生过程的在线表征。Joshua 很感谢马克斯·普朗克研究所 (Max Planck Institutes) 提供的光催化剂，研究所还为他表征了粒径分布。但挑战不止于此——在流动体系中处理这些催化剂时，催化剂可能会团聚，导致显著的压降，必须加以缓解。而若将催化剂固定化，光线就无法穿透，这对于采用光催化体系的间歇多相反应而言是一个重大问题。
改善气/液溶解度问题
Barham 博士谈到了在气/液溶解度方面面临的若干问题，特别是在使用有机溶剂时如何使溶液中的氧气量最大化。在平衡气/液流速、压降，以及处理产气反应或溶液中气体不足的反应时都存在挑战——尤其是在 Joshua 及其团队所采用的较小规模下。
提高压力、降低进料速率以及其他因素有助于解决这些问题，但也可能带来新的问题：为提高生产效率和传质而提高流速，就意味着牺牲停留时间，而停留时间是光化学中的一个重要因素。
流动化学正在为学术界和工业界带来创新解决方案，但也伴随着挑战。感谢各位嘉宾分享他们在这一领域的痛点。如需进一步了解流动化学的最新进展，请观看 H.E.L 2021 年流动化学迷你研讨会的完整网络研讨会录像。