Onderzoekers van de North Carolina State University hebben een nieuwe, groene technologie voor zowel versnelde screening als het ophalen van "schakelbare" oplosmiddelen die worden gebruikt in groene chemietoepassingen. De nieuwe aanpak maakt het screeningsproces honderden keren sneller en versnelt drastisch de snelheid waarmee oplosmiddelen uit de oplossing kunnen worden gehaald.

"We hebben effectief een platform gecreëerd dat groene chemie groener maakt, " zegt Milad Abolhasani, een assistent-professor chemische en biomoleculaire engineering bij NC State en corresponderende auteur van een paper over het werk. "Dit werk versnelt het vermogen van de industrie om het beste schakelbare oplosmiddel voor een specifiek chemisch proces te identificeren en geeft de industrie vervolgens geavanceerde hulpmiddelen om dat oplosmiddel veel sneller terug te winnen dan mogelijk is met eerdere benaderingen."

Het gaat om schakelbare oplosmiddelen, die hun fysisch-chemische eigenschappen veranderen bij blootstelling aan kooldioxide (CO ₂ ). Deze studie richtte zich op oplosmiddelen die hydrofiel worden in aanwezigheid van CO ₂ en water, maar zijn hydrofoob wanneer CO ₂ is verwijderd. Dit maakt ze aantrekkelijk voor gebruik in chemische en farmaceutische industrieprocessen, omdat het oplosmiddel eenvoudig uit het product kan worden verwijderd door CO . toe te voegen ₂ en water. Het oplosmiddel kan dan uit het water worden teruggewonnen door de CO . te verwijderen ₂ .

"Echter, vanuit industrieel oogpunt, er zijn grote uitdagingen, "zegt Abolhasani. "Specifiek, het proces voor het screenen van kandidaten om het meest efficiënte schakelbare oplosmiddel voor een bepaalde toepassing te identificeren, kan extreem tijdrovend en arbeidsintensief zijn. En als u eenmaal de juiste omschakelbare oplosmiddelkandidaat heeft, het op grote schaal verwijderen kan ook lang duren."

Om het screeningprobleem aan te pakken, Het team van Abolhasani maakte gebruik van een microschaal stroomchemieplatform dat monsters van 5 microliter door een gasdoorlatende buis leidt die is omgeven door CO ₂ . Dit zorgt ervoor dat het oplosmiddel in het monster constant in contact staat met de CO ₂ (d.w.z., geïntensiveerde massaoverdracht), het versnellen van de reactie en het oplosmiddelterugwinningsproces.

Met behulp van deze techniek, de onderzoekers kunnen de efficiëntie van een oplosmiddel bepalen, met behulp van beeldverwerking, in slechts drie minuten. Het platform stelt hen ook in staat om meerdere monsters tegelijkertijd uit te voeren. Rekening houdend met de tijd die nodig is om elk monster voor te bereiden, het systeem stelt gebruikers in staat om ongeveer 280 screeningsexperimenten per dag uit te voeren.

Ter vergelijking, conventionele batchtesttechnieken vereisen het gebruik van grotere steekproefomvang. Bijvoorbeeld, het testen van de efficiëntie van een monster van 5 milliliter met behulp van conventionele batchtechnieken duurt zes tot acht uur, of ongeveer één test per dag.

Het team van Abolhasani toonde ook in experimentele testen aan dat de flow-chemietechniek niet alleen sneller was, maar was net zo nauwkeurig als conventionele batchtests bij het bepalen van de efficiëntie van een oplosmiddel.

In aanvulling, de onderzoekers hebben onlangs aangetoond dat ze hetzelfde stroomchemieplatform dat wordt gebruikt voor snelle omschakelbare oplosmiddelscreening, kunnen herconfigureren in een continue stroommodus voor het op grote schaal ophalen van oplosmiddelen. "Onze aanpak is ook kosteneffectiever omdat deze volledig computergestuurd is en, daarom, minder arbeidsintensief, ' zegt Abolhasani.

"We zijn enthousiast over het potentieel van deze procesintensificatietechnologie en zijn op zoek naar partners om ons te helpen de techniek over te brengen van het laboratorium naar industriële R&D- en productietoepassingen."

De krant, "Versneld materiaalefficiënt onderzoek van schakelbare hydrofiliciteitsoplosmiddelen voor energie-efficiënte terugwinning van oplosmiddelen, " is gepubliceerd in het tijdschrift ACS Duurzame Chemie &Engineering .