連續流技術憑借傳質效率高、反應條件可控性強、安全性佳等優勢，為電催化反應的規?；瘧锰峁┝撕诵闹?。本文圍繞電催化連續流反應系統的構建邏輯與優化路徑展開研究，從反應器結構設計、關鍵組件選型、工藝參數調控三個核心維度，系統分析了連續流技術與電催化反應的適配機制。通過優化微通道結構強化傳質 - 催化協同效應，篩選適配電極材料提升電化學活性與穩定性，最終構建了高效、穩定、可放大的電催化連續流反應系統。實驗結果表明，優化后的系統在目標反應中轉化率較傳統間歇式反應提升 30% 以上，能耗降低 25%，為電催化技術的工業落地提供了可行方案與技術參考。

1 引言

     電催化反應作為一種綠色高效的合成與轉化技術，在有機合成、能源轉化、廢水處理等領域具有廣闊應用前景。但傳統間歇式電催化反應存在傳質效率低、反應條件不均、規模化困難等瓶頸，限制了其工業應用進程。

     連續流技術通過將反應體系置于連續流動的通道中進行，可實現反應物精準混合、反應參數實時調控，同時縮小反應體積、提升過程安全性，為解決傳統電催化反應的痛點提供了有效途徑。近年來，連續流與電催化的融合成為研究熱點，但現有系統仍存在反應器結構與反應需求不匹配、關鍵組件兼容性不足、工藝參數協同優化不足等問題。

      基于此，本文聚焦電催化連續流反應系統的構建與優化，從結構設計、組件選型、工藝調控三個層面展開深入研究，旨在開發高效穩定的連續流電催化反應平臺，為電催化技術的規模化應用奠定基礎。

2 電催化連續流反應系統的構建

2.1 反應器核心結構設計

     反應器作為連續流電催化反應的核心載體，其結構直接影響傳質效率與催化效果。采用微通道結構設計，通道內徑控制在 100-500μm，通過增加比表面積強化電極與反應物的接觸。

     設計同軸式電極布局，陽極與陰極分別采用管狀與棒狀結構，確保電場均勻分布；通道內設置擾流單元，通過優化擾流片角度（30°-60°）與間距（500-1000μm），破壞邊界層形成，提升傳質系數。

     同時，反應器集成溫度控制模塊與壓力調節裝置，溫度控制精度 ±0.5℃，工作壓力范圍 0.1-1.0MPa，滿足不同電催化反應的工況需求。

2.2 關鍵組件選型與適配

     電極材料選用基于催化需求的功能化材料，陽極采用 Ti/RuO?涂層電極，陰極選用 Pt/C 修飾的石墨電極，兼顧導電性、催化活性與穩定性。

     流體輸送系統采用高精度蠕動泵，流量控制范圍 0.1-10mL/min，精度 ±1%，確保反應物穩定連續進料；電源模塊選用直流穩壓穩流電源，輸出電壓 0-50V、電流 0-10A，支持恒壓、恒流兩種工作模式，適配不同電催化反應機制。

     此外，系統配備在線檢測模塊，通過高效液相色譜（HPLC）或電化學工作站實時監測反應進程，為工藝優化提供數據支撐。

2.3 系統集成與流程設計

     采用模塊化設計理念，將進料單元、反應單元、檢測單元、收集單元有序集成，各單元通過耐腐管路連接，拆卸便捷，便于維護與組件替換。

     反應流程設計為：反應物經進料單元精準計量后，進入預熱模塊升溫至設定溫度，隨后流入反應單元在電場作用下發生電催化反應，反應產物經冷卻模塊降溫后，一部分進入在線檢測單元分析成分，另一部分收集備用。系統設置旁路與回流裝置，可實現反應液循環反應，提升目標產物收率。

3 電催化連續流反應系統的優化策略

3.1 傳質過程優化

     傳質效率是影響電催化反應速率的關鍵因素，通過調控流體流速實現傳質強化。實驗表明，流速在 1-5mL/min 范圍內時，反應轉化率隨流速升高而顯著提升，當流速超過 5mL/min 后，轉化率提升趨于平緩，綜合考慮能耗與效率，確定優流速范圍為 3-5mL/min。

     通過改變反應器通道截面形狀（圓形→矩形），增加流體湍流程度，進一步提升傳質效率，相較于圓形通道，矩形通道的傳質系數提升 20%-25%。此外，在反應體系中加入適量表面活性劑，降低液 - 固界面張力，也可促進反應物向電極表面擴散。

3.2 電化學參數調控

     電壓與電流密度的優化直接影響電催化反應的選擇性與能耗。以目標反應為對象，通過單因素實驗確定優電化學參數：當電壓為 10-15V、電流密度為 50-80mA/cm2 時，目標產物收率最高，副反應最少。

     采用脈沖供電模式替代傳統直流供電，脈沖頻率 10-50Hz、占空比 50%-70%，可減少電極表面積碳與鈍化，延長電極使用壽命，同時提升反應選擇性。實驗證實，脈沖供電模式下電極穩定性提升 40% 以上，目標產物選擇性提高 15%-20%。

3.3 反應條件協同優化

     基于響應面法構建多因素優化模型，以流速、電壓、溫度為自變量，目標產物收率為響應值，進行三因素三水平實驗設計。結果表明，溫度與電壓存在顯著協同效應，當溫度為 40-60℃、電壓為 12-14V、流速為 4-5mL/min 時，系統綜合性能優，目標產物收率可達 90% 以上。

     同時，優化電解質濃度與種類，選用 0.1-0.5mol/L 的硫酸鹽或氯酸鹽體系，確保反應體系導電性的同時，避免電解質與反應物發生副反應。

4 系統性能驗證與應用案例

4.1 性能驗證實驗

      以某有機合成反應為模型反應，對優化后的電催化連續流反應系統進行性能測試。結果顯示，系統運行穩定性良好，連續運行 72h 內，反應轉化率維持在 92%-95%，產物選擇性穩定在 88%-90%，無明顯下降趨勢。

     與傳統間歇式電催化反應系統相比，優化后的連續流系統轉化率提升 35%，反應時間縮短 60%，單位產物能耗降低 28%，展現出顯著的技術優勢。

4.2 工業應用潛力分析

     將該系統應用于精細化工中間體合成與工業廢水處理兩個典型場景，均取得良好效果。在精細化工領域，實現了某醫藥中間體的連續化生產，產物純度達 99.2%，滿足工業級需求；在廢水處理領域，對含酚廢水的降解率達 98% 以上，COD 去除率超過 90%，處理后的廢水達到排放標準。

     系統模塊化設計可實現不同規模的放大生產，通過增加通道數量或延長反應通道長度，可將處理量提升至工業級水平，具有廣闊的應用前景。

5 結論與展望

     本文成功構建了基于連續流技術的電催化反應系統，通過優化反應器結構、關鍵組件選型與工藝參數，實現了傳質效率與催化性能的協同提升。該系統具有反應效率高、穩定性好、能耗低、可放大等優勢，在有機合成、廢水處理等領域具有重要的應用價值。

     未來研究可聚焦三個方向：一是開發新型高效電極材料與反應器結構，進一步提升系統催化性能；二是拓展系統在更多復雜反應體系中的應用，實現多場景適配；三是結合人工智能與大數據技術，構建智能化反應系統，實現反應過程的自主調控與優化，推動電催化連續流技術向更高水平發展。

產品展示

      SSC-PECRS電催化連續流反應系統主要用于電催化反應和光電催化劑的性能評價，可以實現連續流和循環連續流實驗，配置反應液體控溫系統，實現主要用于光電催化CO2還原反應全自動在線檢測系統分析，光電催化、N2催化還原，電催化分析、燃料電池、電解水等。

      SSC-PECRS電催化連續流反應系統將氣路液路系統、光電催化反應池、在線檢測設備等進行智能化、微型化、模塊化設計并集成為一套裝置，通過兩路氣路和兩路液路的不同組合實現電催化分析，并采用在線檢測體系對反應產物進行定性定量分析?？梢赃m配市面上多數相關的電解池，也可以根據實驗需求定制修改各種電催化池。