Desarrollo de un micro-reactor de flujo Hele-Shaw para la implementación de reacciones fotocatalíticas

M. LUCILA SATUF, AGUSTINA MANASSERO, S. MERCEDES ZACARÍAS, CLAUDIO L.A. BERLI

San Miguel de Tucumán

Workshop; III Reunión de Microfluídica Argentina; 2016

Universidad Nacional de Tucumán

La fotocatálisis heterogénea es una tecnología avanzada de oxidación que ha sido extensamente estudiada como alternativa a los métodos convencionales de tratamiento del aire y del agua. Más recientemente, la fotocatálisis ha comenzado a emplearse para la síntesis de compuestos orgánicos de alto valor comercial. Sin embargo, la aplicación práctica de este proceso se encuentra limitada por su baja eficiencia. La tecnología de reactores microestructurados puede proveer los medios necesarios para llevar a cabo los procesos fotocatalíticos con mayor eficiencia. En este trabajo se diseñó y construyó un micro-reactor con una celda de flujo tipo Hele-Shaw, donde una de las paredes es un soporte transparente a la radiación UV, sobre los cuales se inmoviliza un film nanoestructurado de dióxido de titanio como catalizador. La otra pared consiste en un alojamiento de teflón, micromaquinado para permitir un espacio de flujo de 2 cm x 5,8 cm y 200 m de espesor. Los puertos de entrada y salida tienen difusores para permitir una distribución homogénea de las líneas de corriente. El caudal de fluido se controla mediante bombas de jeringa. La radiación UV-A se provee mediante lámparas externas de 8 W, con un máximo de emisión a 365 nm. La figura muestra los componentes desglosados, el micro-reactor armado, y en operación. En la puesta a punto se ensayaron diferentes reacciones fotocatalíticas conocidas. A manera de ejemplo, la figura muestra resultados obtenidos con una solución de 4-clorofenol. La conversión lograda en el micro-reactor tiene una eficiencia notablemente superior a la obtenida en un reactor convencional de nuestro laboratorio. En efecto, el micro-reactor degrada el 30 % del compuesto de prueba en 2,7 min, mientras que el reactor convencional requiere 1 hora para la misma conversión, en similares condiciones de catalizador y radiación. Ello se debe a las varias ventajas asociadas al diseño en la microescala: flujo perfectamente laminar, distancias de difusión molecular pequeñas, grandes áreas interfaciales específicas, distribución uniforme de la iluminación y control sobre las variables de operación. Estas características mejoran la transferencia de fotones y de especies químicas, lográndose mejoras notables en la eficiencia de los procesos fotocatalíticos.