Forskare vid North Carolina State University har visat en ny, grön teknologi för både accelererad screening och återvinning av "växlingsbara" lösningsmedel som används i grön kemi. Det nya tillvägagångssättet gör screeningsprocessen hundratals gånger snabbare och accelererar drastiskt hastigheten med vilken lösningsmedel kan hämtas från lösningen.

"Vi har effektivt skapat en plattform som gör grön kemi grönare, säger Milad Abolhasani, en biträdande professor i kemisk och biomolekylär teknik vid NC State och motsvarande författare till en artikel om arbetet. "Detta arbete påskyndar industrins förmåga att identifiera det bästa växlingsbara lösningsmedlet för en specifik kemisk process och ger sedan industrin avancerade verktyg för att hämta det lösningsmedlet mycket snabbare än vad som är möjligt med tidigare tillvägagångssätt."

Det handlar om omkopplingsbara lösningsmedel, som ändrar sina fysikalisk-kemiska egenskaper när de utsätts för koldioxid (CO ₂ ). Denna studie fokuserade på lösningsmedel som blir hydrofila i närvaro av CO ₂ och vatten, men är hydrofoba när CO ₂ är borttagen. Detta gör dem attraktiva för användning i kemiska och farmaceutiska industriprocesser, eftersom lösningsmedlet lätt kan avlägsnas från produkten genom att tillsätta CO ₂ och vatten. Lösningsmedlet kan sedan återvinnas från vattnet genom att avlägsna CO ₂ .

"Dock, ur industriell synvinkel, det finns betydande utmaningar, " Abolhasani säger. "Närmare bestämt, Processen för screening av kandidater för att identifiera det mest effektiva växlingsbara lösningsmedlet för en viss applikation kan vara extremt tids- och arbetskrävande. Och när du väl har rätt bytbar lösningsmedelskandidat, att ta bort den i stor skala kan också ta lång tid."

För att lösa screeningproblemet, Abolhasanis team använde sig av en mikroskala flödeskemiplattform som kör 5-mikroliter prover genom ett gaspermeabelt rör som är omgivet av CO ₂ . Detta säkerställer att lösningsmedlet i provet är i konstant kontakt med CO ₂ (dvs. intensifierad massöverföring), accelererar reaktionen och lösningsmedelsåtervinningsprocessen.

Genom att använda denna teknik, forskarna kan fastställa ett lösningsmedels effektivitet, med hjälp av bildbehandling, på så lite som tre minuter. Plattformen tillåter dem också att köra flera prover samtidigt. Redovisning av den tid som behövs för att förbereda varje prov, systemet tillåter användare att köra cirka 280 screeningexperiment per dag.

Som jämförelse, konventionella batch-testtekniker kräver användning av större provstorlekar. Till exempel, Att testa effektiviteten hos ett 5-milliliter prov med konventionella batchtekniker tar mellan sex och åtta timmar – eller ungefär ett test per dag.

Abolhasanis team visade också i experimentella tester att flödeskemitekniken inte bara var snabbare, men var precis lika noggrann som konventionella batchtestning vid bestämning av ett lösningsmedels effektivitet.

Dessutom, forskarna har nyligen visat att de kan omkonfigurera samma flödeskemiplattform som används för snabb omkopplingsbar lösningsmedelsscreening till ett kontinuerligt flödesläge för att hämta lösningsmedel i stor skala. "Vårt tillvägagångssätt är också mer kostnadseffektivt genom att det är helt datorstyrt och därför, mindre arbetsintensiv, " säger Abolhasani.

"Vi är glada över potentialen i denna processintensiveringsteknik och letar efter partners som hjälper oss att överföra tekniken från labbet till industriell FoU och tillverkningstillämpningar."

Pappret, "Accelererad materialeffektiv undersökning av omkopplingsbara hydrofilicita lösningsmedel för energieffektiv återvinning av lösningsmedel, " publiceras i tidskriften ACS Sustainable Chemistry &Engineering .