绿色方法加速过程优化和“可切换”溶剂的回收
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北卡罗来纳州立大学的研究人员展示了一种新的绿色技术，用于加速筛选和回收绿色化学应用中的“可切换”溶剂。这种新方法使筛选过程加快了数百倍，并大大加快了溶剂从溶液中回收的速度。
“我们已经有效地创建了一个平台，使绿色化学更加绿色，”北卡罗来纳州立大学化学和生物分子工程助理教授米拉德·博尔哈萨尼(Milad Abolhasani)说，他也是一篇相关论文的通讯作者。“这项工作加快了行业识别特定化学过程中最佳可切换溶剂的能力，并为行业提供了先进的工具，比以往的方法更快地回收溶剂。”
有争议的是可转换溶剂，当暴露在二氧化碳(CO2)中时，可转换溶剂会改变其物理化学性质。这项研究的重点是溶剂在二氧化碳和水的存在下变得亲水，但当二氧化碳被去除时是疏水的。这使得它们在化学和制药工业过程中具有吸引力，因为通过添加二氧化碳和水，溶剂可以很容易地从产品中去除。溶剂可以通过去除二氧化碳从水中回收。
“然而，从工业的角度来看，存在着重大的挑战，”Abolhasani说。“具体来说，筛选候选人以确定最有效的可转换溶剂的过程可能是非常耗时和劳动密集型的。一旦你找到了合适的可切换溶剂，大规模去除它也需要很长时间。”
为了解决筛选问题，Abolhasani的团队利用了一个微尺度流动化学平台，该平台将5微升的样品通过一个被二氧化碳包围的透气管。这确保了样品中的溶剂与CO2的持续接触(即强化传质)，加速了反应和溶剂回收过程。
利用这项技术，研究人员可以通过图像处理，在短短三分钟内确定溶剂的效率。该平台还允许他们同时运行多个示例。考虑到准备每个样品所需的时间，该系统允许用户每天进行大约280次筛选实验。
相比之下，传统的批量测试技术需要使用更大的样本量。例如，使用传统批处理技术测试一份5毫升样品的效率需要6到8个小时——或者大约每天一次测试。
Abolhasani的团队还在实验测试中证明，流动化学技术不仅更快，而且在确定溶剂效率方面与传统批处理测试一样准确。
此外，研究人员最近表明，他们可以将用于快速切换溶剂筛选的相同流动化学平台重新配置为连续流动模式，以便大规模回收溶剂。博尔哈萨尼说:“我们的方法也更具有成本效益，因为它完全由计算机控制，因此劳动密集型更少。”
“我们对这种工艺强化技术的潜力感到兴奋，并正在寻找合作伙伴，帮助我们将这项技术从实验室转移到工业研发和制造应用。”
纸”,高效溶剂回收中可切换亲水性溶剂的加速材料效率研究，发表在杂志上ACS可持续化学与工程．这篇论文的第一作者是北卡罗来纳州立大学的博士生韩苏勇。这篇论文由北卡罗来纳州立大学博士后研究员Keshav Raghuvanshi合著。这项工作得到了美国化学学会石油研究基金的支持，资助编号为59602-DNI9。
希普曼-
编辑:研究摘要如下。
高效节能溶剂回收中可切换亲水性溶剂的加速材料效率研究
作者: Suyong Han, Keshav Raghuvanshi和Milad Abolhasani，北卡罗莱纳州立大学
发表: 2月6日ACS可持续化学与工程
DOI: 10.1021 / acssuschemeng.9b07304
文摘:在大多数化学工业中，溶剂去除和回收过程严重依赖危险的挥发性溶剂，由于它们易于分离，蒸馏过程能耗高。一个新兴的有前途的替代方案是实现可切换溶剂，由二氧化碳(CO2)触发其物理化学性质的随需应变和可逆切换。可转换溶剂的利用和广泛应用可以极大地降低溶剂去除和回收过程的环境风险和能源需求。尽管可切换溶剂具有有趣的特性，但传统批处理策略的时间和材料密集性阻碍了对这类令人兴奋的绿色溶剂的全面理解。在此，我们报告了一种加速时间和材料效率的(绿色)流动化学策略，用于原位基础和应用研究co2介导的可转换溶剂。采用高气渗膜微反应器增加了注入CO2的气液界面面积，从而增强了气液传质(平衡时间比间歇反应器快约60倍)，同时最小化每个溶剂转换实验的化学消耗(比间歇式反应器少1000倍)和废物产生(比间歇式反应器少1500倍)。利用已开发的绿色流动化学策略，我们全面研究了连续和离散工艺参数对可切换溶剂的亲水性转换效率和动力学的影响。强化co2触发的SHS萃取过程可以精确地研究可转换溶剂的材料效率，因此将加快化工行业无蒸馏、绿色和可持续溶剂回收策略的开发和采用。
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