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为解决传统酸洗法萃取洗油中喹啉（QUI）污染环境的问题，研究人员开展绿色高效萃取剂 —— 低共熔溶剂（DESs）的研究。筛选出 [三乙基甲基氯化铵：甲酸] DES，萃取效率达 97.18%，分子动力学模拟揭示萃取机制，为 QUI 及煤焦油衍生物提取提供新思路。
煤焦油作为煤炭深加工的重要产物，其中蕴含着多种高附加值化合物，喹啉（QUI）便是典型代表。它作为双环含氮化合物，在医药、染料、胶片及橡胶助剂等领域扮演关键角色，然而在洗油中仅占 3%-5% 的它，常因焦化行业将洗油用作燃料或制备炭黑原料而被浪费。同时，传统合成喹啉工艺复杂、成本高，直接从洗油提取更具经济性。但传统酸洗法虽工艺简单、效率高，却会产生大量废酸污染环境，因此开发绿色高效的萃取方法迫在眉睫。
在此背景下，国内研究团队针对洗油中喹啉的高效绿色提取展开研究。该研究成果发表在《Chinese Journal of Chemical Engineering》，为喹啉提取及煤焦油资源利用提供了新方向。
研究中，团队主要采用了以下关键技术方法：
- 利用导体类真实溶剂筛选模型（COSMO-RS）预测 98 种酸性 DESs 的热力学性质，计算喹啉和甲苯在 DESs 中的无限稀释活度系数（γ∞），评估溶剂容量、选择性等指标；
- 通过相平衡实验验证筛选出的 DESs 萃取性能；
- 优化萃取参数（DES 与模型油质量比、时间、温度、初始 QUI 含量）；
- 借助分子动力学模拟（MD）分析径向分布函数（RDF）、空间分布函数（SDF）及自扩散系数，探究萃取机制；
- 运用生态结构活性关系（ECOSAR）程序评估 DESs 的急性水生毒性。
DESs 筛选与萃取性能评估
基于 COSMO-RS 模型计算，团队初步筛选出以三乙基甲基氯化铵（TEMAC）、四乙基氯化铵（TEAC）为氢键受体（HBA），甲酸（FA）、乙酸（AA）、对甲苯磺酸（PTSA）为氢键供体（HBD）的 DESs 组合。综合黏度和成本因素，确定 [TEMAC:2FA]（DES1）、[ TEAC:2FA ]（DES2）、[ TEMAC:2AA ]（DES3）为目标萃取剂。相平衡实验表明，DES1 表现最佳，在温和条件下对模型油中喹啉的萃取效率高达 97.18%，显著优于其他两种 DESs，这归因于其较低的黏度和更强的氢键相互作用。
萃取参数优化
通过单因素实验优化关键参数发现，当 DES1 与模型油质量比为 1:1、萃取时间 30 min、温度 30℃时，萃取效率达最大值。此外，初始 QUI 含量影响显著：当模型油中 QUI 质量分数从 1% 增至 5% 时，萃取效率从 98.2% 降至 92.5%，表明 DES1 在低浓度 QUI 体系中性能更优。循环使用实验显示，DES1 重复使用 5 次后，萃取效率仅下降 3.2%，展现出良好的可回收性。
毒性评估与环境兼容性
利用 ECOSAR 程序预测 DES1 的急性水生毒性，结果显示其对鱼类、溞类和藻类的半致死浓度（LC50）均大于 1000 mg/L，属于低毒级别，表明该 DES 具有较好的环境兼容性，符合绿色化学要求。
分子动力学模拟揭示萃取机制
MD 模拟显示，DES1 中季铵阳离子（TEMAC+）与喹啉分子间存在强静电相互作用和氢键作用。径向分布函数（RDF）表明，TEMAC + 的甲基氢原子与喹啉环氮原子的峰值距离为 0.28 nm，证实两者间形成氢键。空间分布函数（SDF）显示，喹啉分子倾向于聚集在 TEMAC + 周围，形成紧密的溶剂化层。自扩散系数分析表明，喹啉在 DES1 中的扩散速率低于在传统有机溶剂中，这解释了 DES1 高萃取效率的原因 —— 强相互作用使喹啉更易分配至 DES 相。
结论与意义
本研究构建了 “热力学预测 - 实验验证 - 机制解析” 的多层次 DESs 筛选框架，成功开发出高效低毒的 [ TEMAC:2FA ] DES 用于洗油中喹啉的萃取，在温和条件下实现近 97% 的萃取效率，且溶剂可重复利用，环境兼容性良好。分子动力学模拟揭示季铵阳离子与喹啉的强相互作用是萃取关键，为 DESs 在煤焦油衍生物分离中的应用提供了理论依据。该研究不仅解决了传统酸洗法的污染问题，还为高附加值含氮化合物的绿色提取开辟了新路径，对煤焦油资源的精细化利用和化工行业可持续发展具有重要意义。
