使用Cyrene溶剂分离二元混合物：无限稀释条件下的实验活度系数

《The Journal of Chemical Thermodynamics》：Separation of binary mixtures with the Cyrene solvent: Experimental activity coefficients at infinite dilutions

通过气液色谱法实验测定了Cyrene在303.15至333.15 K范围内31种有机溶剂及水的无限稀释活度系数，并计算了其热力学参数，评估了Cyrene作为绿色溶剂的分离潜力，显示其分离效果优于传统溶剂如硫酚、吡啶等体系。

　　近年来，随着全球对可持续发展和环保技术的重视，研究人员和工业界人士越来越关注生物基溶剂作为传统挥发性有机化合物（VOCs）的替代品。这一趋势在联合国（UN）相关法规的推动下更为明显，促使各国制定并执行减少VOCs排放的法律。本研究旨在通过实验测定31种有机溶质和水在二氢 Levoglucosenone（Cyrene）中的无限稀释活度系数（IDAC），并进一步计算其部分摩尔过剩焓（ΔH_i^E,∞）、熵（T_refΔS_i^E,∞）和吉布斯自由能（ΔG_i^E,∞），以评估Cyrene在工业分离过程中的应用潜力。这些数据不仅揭示了溶质与溶剂之间的分子相互作用，还对溶剂的分离性能进行了深入分析，特别是对于具有接近沸点或共沸行为的二元混合物。

Cyrene作为一种从含有纤维素的生物质热解得到的生物基溶剂，因其良好的生物降解性、不产生NOx或SOx等污染物以及较低的毒性风险而备受关注。它表现出与传统偶极非质子溶剂（如二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜或N,N-二甲基乙酰胺）相似的极性模式，但其在工业应用中展现出了显著的优势。通过气-液色谱（GLC）技术，研究人员能够准确测定Cyrene的IDAC，并利用这些数据计算出关键的分离参数，如选择性（S_ij^∞）和容量（k_j^∞）。这些参数对于评估溶剂在工业分离中的潜力至关重要，特别是在处理需要高选择性的混合物时。

实验结果显示，Cyrene在分离含有硫或氮的化合物方面表现出优异的性能，这与其较强的偶极-偶极相互作用有关。例如，在n-己烷/噻吩或吡啶的混合物中，Cyrene的选择性显著高于其他生物基溶剂，如柠檬烯，这表明它在脱硫和脱氮过程中具有良好的应用前景。此外，Cyrene在n-庚烷/甲苯或乙醇的混合物中也显示出较高的选择性，表明其在分离芳香族和脂肪族化合物方面同样具有潜力。然而，Cyrene的容量相对较低，这可能限制了其在某些应用场景中的使用。尽管如此，Cyrene在许多生物基溶剂和深共熔溶剂（DESs）以及离子液体（ILs）中表现出了竞争优势，特别是在基于二醇和三醇的氢键供体体系中。

在进一步探讨Cyrene的分离性能时，研究人员还评估了其在其他工业混合物中的表现，如n-庚烷/乙醇和环己烷/乙醇。实验数据表明，Cyrene在这两种混合物中均表现出较高的选择性，显示出其在工业分离过程中的广泛应用潜力。然而，为了全面评估其分离性能并确认其作为传统偶极非质子溶剂的替代品的可行性，还需要进行更多的实验研究，特别是使用气液平衡和液液平衡技术。

Cyrene的物性数据，如密度、粘度和折射率，也在本研究中得到了详细测定。这些数据对于理解Cyrene在不同温度下的行为以及其在工业过程中的适用性至关重要。结果显示，Cyrene的密度和粘度随着温度的升高而降低，而折射率则呈指数下降趋势。这种行为可以通过溶质-溶剂相互作用的强度变化来解释，其中高温导致溶质与溶剂之间的相互作用减弱，从而影响其溶解度和分离效率。

此外，研究人员还计算了Cyrene的过剩热力学性质，包括焓、熵和吉布斯自由能。这些性质不仅帮助理解Cyrene与溶质之间的相互作用，还为评估其在不同混合物中的分离性能提供了重要依据。例如，Cyrene在极性溶质如吡啶和乙腈中的过剩焓和熵均表现出正值，这表明其与这些溶质之间的相互作用较弱，但仍然显示出一定的选择性。相比之下，非极性溶质如n-己烷和环戊烷则表现出较高的过剩焓和熵值，这可能与它们对Cyrene结构的破坏有关。

通过将Cyrene与其他生物基溶剂、深共熔溶剂和离子液体的分离性能进行比较，研究团队发现Cyrene在某些特定的工业混合物中表现出优异的性能。例如，在n-己烷/噻吩或吡啶的混合物中，Cyrene的选择性显著高于其他溶剂，这使其成为一种具有潜力的绿色溶剂。然而，在某些情况下，如n-庚烷/甲苯的混合物中，Cyrene的选择性相对较低，这可能与其结构特性有关。

总的来说，本研究通过实验和理论分析，全面评估了Cyrene在工业分离中的应用潜力。结果显示，Cyrene在分离含有硫或氮的化合物方面表现出色，这使其在脱硫和脱氮过程中具有重要价值。然而，为了进一步确认其在各种工业应用中的适用性，还需要更多的实验数据和理论研究。未来的研究可以集中在优化Cyrene的物性参数，提高其在特定混合物中的选择性和容量，以及探索其在其他工业过程中的应用潜力。通过这些努力，Cyrene有望成为一种重要的绿色溶剂，为可持续的工业分离技术提供支持。