豐田汽車子公司且為日本國內最大汽車排氣淨化觸媒製造商CATALER開發了一項可提升化學品高效率連續生產而備受關注,適用於「流動合成(Flow Synthesis)」的新型觸媒系統。CATALER應用了汽車排氣淨化所使用的「蜂巢觸媒」技術,將原料氣體轉換為直徑100 μm以下的微小氣泡,以提高化學反應效率。此項技術可望適用於醫藥品中間體、電子材料等機能性化學品的製造。
CATALER為「流動合成」開發的蜂巢觸媒採用了蜂巢狀結構的陶瓷基材,並在其表面塗覆貴金屬觸媒。基材壁面具有直徑數十微米的無數細孔,當原料氣體通過壁面時,會形成直徑小於100 μm的微細氣泡,使其更易溶入液態原料,進而增加與觸媒的接觸面積,提升反應效率。
「流動合成」是一種將原料引入微小流路進行化學反應的技術。相較於使用反應釜或燒瓶等容器的「批次合成」,流動合成因具有高效率、低環境負荷的優點而備受關注。然而,目前流動合成中普遍使用的顆粒狀、圓柱狀或球狀觸媒,因與原料的接觸面積較小,存在未反應原料殘留多、產收率難以提高等問題,往往需要重複進行同一反應以提升收率。
根據客戶端的實驗評估回饋,將CATALER的蜂巢觸媒應用於流動合成時,目標化合物的產收率可達到一般顆粒觸媒的2倍。此外,汽車排氣淨化用的蜂巢觸媒具備高抗壓性與耐振動性,結構不易受損,因此不易導致流路堵塞等問題,同時也是此項技術的特徵之一。
此外,CATALER也製作了嵌入蜂巢觸媒並可立即使用的反應器(反應容器)。蜂巢觸媒依基材與貴金屬觸媒(如鉑、鈀、銠)的種類不同,共有42種類型。反應器則提供實驗室尺寸(35 ml)與實機尺寸(1.2 L)兩種規格,並可根據目標化合物與流動合成製程進行觸媒與反應器的客製化。
觸媒將氣體轉換為細微氣泡的特性,特別適用於以氣體與液體為原料的「氣液反應」,如氫化反應或氧化反應。此外,經過實驗確認,針對液體間的化學反應(如交叉偶聯反應、酯化反應及醯胺化反應),蜂巢觸媒的反應效率亦高於顆粒觸媒。這些反應廣泛應用於機能性化學品的中間體或最終產品的製造。
目前CATALER積極向生產醫藥品中間體與電子材料等機能性化學品的企業進行提案,並預期最快在2025年度部分客戶將進入試驗規模階段。另將探索與設備製造商的合作機會,以推動後續的商業化應用。