光催化氧化是一種利用光能和催化劑在光照條件下發生的化學反應，廣泛應用于環境凈化和能源轉換領域。隨著技術的不斷創新和對光能理解的深入，光催化氧化的應用已經超越了單純的污染物降解，在化工合成等領域也取得了顯著的突破。

近年來，連續流技術作為一種新興科技，得到了廣泛的發展，為多項技術的進步提供了支持。將連續流技術與光催化氧化相結合，推動了這一領域的巨大進步，展現出良好的發展前景，尤其在污染物降解和化工合成方面。

一、污染物的降解

現有的連續流的光催化技術更多的會應用到污水處理上，比如在2018年的研究中，Olga Sacco深入探討了利用連續流微反應器結合吸附與同步光催化技術來處理含結晶紫(CV)染料的有色廢水。

結晶紫是一種三苯甲烷類化學物，具有生殖毒性、致突變和致癌等危害。如果長時間接觸結晶紫，可能會引起慢性胃腸道疾病、結膜炎、皮炎等;也有可能會損害神經系統，引起頭痛、惡心、嘔吐等不適。

而在Olga的研究中，氧化鋅(ZnO)被附著在球形沸石(ZEO)上做催化劑，采用UV-LED光源照射流經微反應器的廢水，從而達到處理去除結晶紫染料的目的。

圖1. 去除結晶紫反應裝置

該研究發現，僅使用吸附材料(ZnO/ZEO)處理CV廢水時，CV濃度雖有所下降，但未能徹底去除。而在UV-LED照射下，吸附與光催化氧化同時進行時，CV濃度可以達到一個穩定值，吸附與光催化氧化之間達到了一個平衡狀態。在流量為1.1 mL/min時，CV去除率在穩定狀態下保持恒定。然而，處理后的廢水仍表現出輕微急性毒性，說明可能還有其他有毒物質或CV的降解產物存在。

這項研究成功地將在連續流微反應器中應用的吸附技術和同步光催化技術用于有效處理結晶紫染料廢水，盡管處理后的廢水仍具有一定毒性，但其高可行性和理論研究為紡織廢水處理提供了新方法和新思路，具有重要的實際應用價值和理論意義。

又比如Tahereh Shojaeimehr在2019年的研究中將多孔氮化碳(mp-CN)顆粒固定在不銹鋼板上做催化劑，自制的立方光反應器做連續流反應場所，光催化降解對雙氯芬酸。

雙氯芬酸，屬于非甾體抗炎藥，具有抗炎、鎮痛及解熱作用。水源中DCF的存在會導致魚類、水生生物和鳥類中毒和種群減少。甚至，雙氯芬酸與其他藥物的混合物可能會增加DCF在水生環境中的毒性作用，對生態環境危害大。

而在Tahereh的研究中，以固定在不銹鋼(SS)板上的多孔氮化碳(mp-CN)為光催化劑，采用自制的立方光反應器，可以達到光催化降解雙氯芬酸(DCF)的目的。

圖2. 去除雙氯芬酸反應裝置

該研究發現，當DCF濃度為10 mg/L、氙燈照射、mp-CN負載為2.041 mg/cm2時，DCF光降解效率最高，約為71%。固定化mp-CN光催化劑在連續流模式下可連續使用4次，且光降解性能沒有明顯下降。

通常市面上采用分散光催化劑顆粒的間歇式光反應器來研究光降解性能效率。間歇式光反應器雖然具有污染物與光催化劑顆粒接觸良好、比表面積大等優點，但在過濾、回收、再生、從水溶液中分離光催化劑等方面，在大規模和工業應用中并不實用;而且它們的光觸媒顆粒太小，價格高，裝載困難。而連續流反應器不僅操作簡便，污染物與催化劑接觸良好、且比表面積大，因此，連續流模式逐漸成為提高光降解效率的首選。

二、化工合成

隨著技術的創新，光催化氧化的應用已經超越了單純的污染物降解，在化工合成等領域也取得了顯著的突破。

比如Alexander V. Nyuchev在2020年發表了關于連續流動中芳烴和雜芳烴的光催化三氟甲氧基化。

含氟化合物的數量及其在醫藥和農化中的影響逐年增加。在藥物中引入單個氟原子或多個含氟取代基，會對分子的藥代動力學和藥效學產生一系列有趣且有用的影響。在這些氟基取代基中，三氟甲氧基(-OCF3)直到最近還很少被探索和了解。盡管如此，它具有獨特的性質，例如，高電負性和高親脂性。從藥學的角度來看，前一種性質保證了藥物在生理條件下的穩定性，后一種性質保證了藥物在生理親脂環境中更好的溶解度和轉運。

從20世紀中期開始，就有了幾種合成三氟甲基芳基醚的方法，這些方法主要是基于預功能化芳基的轉化，如三氯甲基醚、氟甲酸鹽或氯代硫酸碳衍生物。而這些過程通常需要嚴苛的條件和使用有毒的化學物質。而Alexander的研究不僅不需要嚴苛的反應條件，還大大減少了有毒化學試劑的使用。

圖3. 芳烴三氟甲氧基化

在他的研究中，室溫下，以[Ru(bpy)3](PF6)2為催化劑，在400nm波長光下反應1h，三氟甲氧基苯收率73%。與間歇式工藝相比，連續流微反應器技術的應用使停留時間減少了16倍，同時實現了相似或更高的產量。Nyuchev的研究不僅為芳烴和雜芳烴的三氟甲氧基化提供了一種新的高效方法，還為連續流光催化反應的開發和應用提供了有價值的參考。也為化學和制藥行業提供了新的思路，特別是在尋求更安全、更環保、更高效的生產過程時。

又比如陳奕宏在2024年提出的高效持久的甲烷光催化氧化偶聯(Oxidative Coupling of Methane, OCM)連續流系統。他研究的目的主要是解決甲烷直接轉化制備高附加值工業化學品時面臨的轉化率低和過氧化嚴重兩大挑戰。

其設計了一個連續氣流系統來實現有效的光催化OCM，同時通過協同適度的活性氧、表面等離子體介導的極化和多點進氣流動反應器來抑制過度氧化。在自制的三維打印流動反應器的連續氣體流動系統中，設計的Au/TiO2光催化劑的CH4轉化率為218.2 μmol /h，對C2+碳氫化合物的選擇性為90%，并且在240 h內具有顯著的穩定性。

圖4. 甲烷光催化氧化偶聯裝置

采用連續流反應器，相比傳統的間歇反應器，能夠更好地控制反應條件(如溫度、壓力、反應時間)，并提供更均勻的物料流，從而提高甲烷轉化率和產物產率。此外，連續流系統有助于實時監測和調控，確保反應過程的穩定性和安全性。整個系統和過程的環境友好性，通過減少廢物產生、提高能源效率和減少有害排放，實現可持續發展目標，為低碳經濟和可持續發展做出貢獻。

又比如Zhongshan Yang在2022年發表了《光催化甲烷的部分氧化》，對甲烷的光催化部分氧化進行了總結。

甲烷作為化工原料，具有穩定的正四面體結構，其高效轉化越來越受到科學界和工業界的關注。由于甲烷具有較高的碳氫鍵能(435 kJ/mol)，缺乏π鍵或不成對電子，因此將甲烷轉化為增值化學品是非常理想的，光催化甲烷部分氧化制液態氧(PPOMO)是一種在溫和條件下實現高效、高選擇性的未來發展方向。氧化劑的選擇是影響PPOMO性能的關鍵。因此，各種氧化劑(O2、H2O、H2O2等)對PPOMO的研究進展備受關注。與部分氧化甲烷制合成氣相比，甲烷直接轉化為液態氧對于碳中和和可持續發展更具吸引力和挑戰性。通過光催化將甲烷部分氧化成液態氧化物是非常有吸引力和意義的。自1978年Kaliaguine首次報道了紫外光照射下二氧化鈦上空穴中心(O-)將CH4活化為CH30?后，甲烷光催化部分氧化生成液態氧合物(PPOMO)受到越來越多的關注。這些開創性的工作初步驗證了光催化甲烷直接增值為增值液態氧的可行性。然而，PPOMO的過程通常伴隨著產物過氧化為碳氧化物(CO, CO2)，這將導致液體氧化物選擇性低。因此，調控反應系統，如氧化劑的選擇、光催化劑的設計、反應溫度/壓力/時間和光源等，具有重要的挑戰性和意義。

連續流技術在光催化氧化中的應用不僅提高了反應的效率和可控性，還確保了過程的安全性和可擴展性，為環境凈化、能源轉換以及化工合成等領域提供了更高效、更安全、更可持續的解決方案。