電催化技術在有機合成、能源轉化等領域具應用潛力，但傳統間歇式電催化系統存在傳質低效、反應不均等問題。本文聚焦電催化連續流反應系統，從反應器結構設計、關鍵組件選型、系統集成三個核心環節展開構建研究，并提出傳質、電化學參數及反應條件的協同優化策略。性能測試顯示，優化后的系統較傳統間歇式反應轉化率提升 35%，能耗降低 28%，在精細化工和廢水處理領域展現出良好的工業化前景。

1 引言

      電催化反應憑借綠色、條件溫和等優勢，成為替代傳統熱催化的關鍵技術路徑。然而傳統間歇式電催化反應中，反應物與電極接觸不充分，且反應參數難實時調控，導致反應效率低、產物選擇性差，規模化應用受阻。連續流技術通過反應體系連續流動實現精準控溫與高效傳質，與電催化技術融合后，可破解上述瓶頸。當前電催化連續流系統存在反應器適配性不足、組件兼容性差等問題，本文針對性開展系統構建與優化研究，為其工業化落地提供技術支撐。

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

      反應器作為反應載體，其結構決定傳質效率與電場分布。采用 100 - 500μm 內徑的微通道設計，增加電極與反應物的比表面積；設計同軸式電極布局，陽極采用管狀 Ti/RuO?涂層電極，陰極選用棒狀 Pt/C 修飾石墨電極，保障電場均勻性。同時在通道內設置 30° - 60° 角度、500 - 1000μm 間距的擾流單元，破壞邊界層以強化傳質。集成的溫度控制模塊精度達 ±0.5℃，工作壓力控制在 0.1 - 1.0MPa，適配多類電催化反應工況。

2.2 關鍵組件選型

      流體輸送選用精度 ±1% 的高精度蠕動泵，流量控制范圍 0.1 - 10mL/min，確保進料穩定；電源模塊采用 0 - 50V 電壓、0 - 10A 電流的直流穩壓穩流電源，支持恒壓、恒流雙模式。此外，配備高效液相色譜與電化學工作站組成的在線檢測模塊，實時監測反應進程，為參數調整提供數據依據。

2.3 系統集成設計

      采用模塊化理念整合進料、反應、檢測、收集單元，各單元通過耐腐管路連接，便于拆卸維護。反應流程為：反應物經進料單元計量后，預熱至設定溫度進入反應單元，在電場作用下反應，產物冷卻后一部分進入檢測單元，另一部分收集備用。系統增設旁路與回流裝置，可實現反應液循環，提升產物收率。

3 系統優化策略

3.1 傳質過程優化

      實驗證實流速 1 - 5mL/min 時，反應轉化率隨流速顯著提升，超過 5mL/min 后提升趨緩，確定 3 - 5mL/min 為優流速區間。將通道截面由圓形改為矩形，增加湍流程度，使傳質系數提升 20% - 25%；在體系中添加適量表面活性劑，降低液 - 固界面張力，促進反應物向電極表面擴散。

3.2 電化學參數調控

      通過單因素實驗確定 10 - 15V 電壓、50 - 80mA/cm2 電流密度為優參數，此時目標產物收率高。采用 10 - 50Hz 頻率、50% - 70% 占空比的脈沖供電模式，替代傳統直流供電，減少電極積碳與鈍化，使電極穩定性提升 40% 以上，產物選擇性提高 15% - 20%。

3.3 反應條件協同優化

      基于響應面法構建模型，以流速、電壓、溫度為自變量，產物收率為響應值。結果顯示溫度與電壓存在顯著協同效應，當溫度 40 - 60℃、電壓 12 - 14V、流速 4 - 5mL/min 時，系統綜合性能優，產物收率超 90%。同時選用 0.1 - 0.5mol/L 硫酸鹽或氯酸鹽電解質，避免副反應發生。

4 性能驗證與應用

      該系統連續運行 72h，轉化率維持 92% - 95%，產物選擇性穩定在 88% - 90%。在精細化工領域，實現醫藥中間體連續生產，產物純度達 99.2%；在廢水處理中，對含酚廢水降解率超 98%，COD 去除率達 90% 以上，處理后廢水達標排放。

5 結論與展望

      本研究構建的電催化連續流反應系統通過結構優化與參數調控，顯著提升了反應效率與穩定性。未來可開發新型電極材料與反應器結構，拓展在復雜反應體系的應用，并結合人工智能技術實現反應過程自主調控，推動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。可以適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。