Grøn tilgang fremskynder procesoptimering og hentning af omskiftelige opløsningsmidler

Forskere ved North Carolina State University har demonstreret en ny, grøn teknologi til både accelereret screening og hentning af "omskiftelige" opløsningsmidler, der anvendes i grøn kemi -applikationer. Den nye tilgang gør screeningsprocessen hundredvis af gange hurtigere og drastisk accelererer den hastighed, hvormed opløsningsmidler kan hentes fra løsningen.

"Vi har effektivt skabt en platform, der gør grøn kemi grønnere, "siger Milad Abolhasani, en adjunkt i kemisk og biomolekylær teknik ved NC State og tilsvarende forfatter til et papir om værket. "Dette arbejde fremskynder branchens evne til at identificere det bedste omskiftelige opløsningsmiddel til en bestemt kemisk proces og giver industrien avancerede værktøjer til at hente dette opløsningsmiddel langt hurtigere, end det er muligt ved hjælp af tidligere metoder."

Der er tale om udskiftelige opløsningsmidler, som ændrer deres fysisk -kemiske egenskaber, når de udsættes for kuldioxid (CO ₂ ). Denne undersøgelse fokuserede på opløsningsmidler, der bliver hydrofile i nærvær af CO ₂ og vand, men er hydrofobe når CO ₂ fjernes. Dette gør dem attraktive til brug i kemiske og farmaceutiske industriprocesser, fordi opløsningsmidlet let kan fjernes fra produktet ved tilsætning af CO ₂ og vand. Opløsningsmidlet kan derefter genvindes fra vandet ved at fjerne CO ₂ .

"Imidlertid, fra et industrielt synspunkt, der er betydelige udfordringer, "Abolhasani siger." Specifikt, processen med screening af kandidater til at identificere det mest effektive omskiftelige opløsningsmiddel til en bestemt applikation kan være ekstremt tids- og arbejdskrævende. Og når du har den rigtige omskiftelige opløsningsmiddelkandidat, fjernelse af det i stor skala kan også tage lang tid. "

For at løse screeningsproblemet, Abolhasanis team gjorde brug af en mikroskalestrømningskemisk platform, der kører 5 mikroliter prøver gennem et gasgennemtrængeligt rør, der er omgivet af CO ₂ . Dette sikrer, at opløsningsmidlet i prøven er i konstant kontakt med CO ₂ (dvs. intensiveret masseoverførsel), fremskynde reaktionen og processen med genopretning af opløsningsmidler.

Ved hjælp af denne teknik, forskerne kan bestemme et opløsningsmiddels effektivitet, ved hjælp af billedbehandling, på kun tre minutter. Platformen giver dem også mulighed for at køre flere prøver samtidigt. Regnskab for den tid, der er nødvendig til at forberede hver prøve, systemet giver brugerne mulighed for at køre cirka 280 screeningsforsøg om dagen.

Til sammenligning, konventionelle batchprøvningsteknikker kræver brug af større prøvestørrelser. For eksempel, at teste effektiviteten af ​​en 5-milliliter prøve ved hjælp af konventionelle batchteknikker tager mellem seks og otte timer-eller cirka en test om dagen.

Abolhasanis team demonstrerede også i eksperimentel test, at flowkemiteknikken ikke kun var hurtigere, men var lige så præcis som konventionel batch -test til bestemmelse af et opløsningsmiddels effektivitet.

Ud over, forskerne har for nylig vist, at de kan omkonfigurere den samme flowkemiplatform, der bruges til hurtig omskiftelig opløsningsmiddelscreening til en kontinuerlig strømningstilstand til at hente opløsningsmidler i stor skala. "Vores tilgang er også mere omkostningseffektiv, fordi den er fuldstændig computerstyret og er, derfor, mindre arbejdskrævende, "Siger Abolhasani.

"Vi er begejstrede for potentialet i denne procesintensiveringsteknologi og leder efter partnere til at hjælpe os med at overføre teknikken fra laboratoriet til industriel F &U- og produktionsapplikationer."

Papiret, "Accelereret materialeeffektiv undersøgelse af omskiftelige hydrofilicitetsopløsningsmidler til energieffektiv genopretning af opløsningsmidler, "er offentliggjort i tidsskriftet ACS Bæredygtig kemi og teknik .