ε-己内酰胺与正十六烷/邻二甲苯-水体系的液液相平衡及固液相平衡研究及其在塑料回收中的应用

为解决塑料废弃物回收中ε-己内酰胺（ε-caprolactam）分离工艺设计的难题，研究人员系统研究了含ε-己内酰胺的二元及三元体系（包括水、正十六烷、邻二甲苯）的液液相平衡（LLE）、固液相平衡（SLE）及气液相平衡（VLE）。通过实验测定与NRTL模型关联，揭示了温度对相行为的影响规律，为塑料裂解油中ε-己内酰胺的高效回收提供了关键热力学数据。研究结果发表于《Fluid Phase Equilibria》，对推动绿色化学工程和循环经济发展具有重要意义。

　　

随着全球塑料产量激增至4.6亿吨（2019年数据），尼龙-6（Nylon-6）作为广泛应用的高分子材料，其单体ε-己内酰胺（ε-caprolactam）的回收成为解决塑料污染的关键环节。然而，传统回收工艺面临相平衡数据缺失、分离效率低等挑战，尤其在裂解油复杂体系中，ε-己内酰胺与共存组分（如烷烃、芳烃）的相互作用机制尚不明确。为此，来自阿尔托大学的研究团队在《Fluid Phase Equilibria》发表了突破性研究，首次报道了ε-己内酰胺与正十六烷（n-hexadecane）、邻二甲苯（o-xylene）及水构成的多组分体系相平衡行为，为塑料化学回收工艺开发奠定了理论基础。

研究团队采用三大关键技术：1）改进型Yerazunis循环釜测定二元VLE数据；2）Crystal16全自动结晶分析仪结合透射法获取SLE/LLE相变点；3）玻璃池分析法精确测定三元LLE组成。通过蒙特卡洛法（Monte Carlo method）计算实验不确定度，并利用Aspen Plus平台整合UNIFAC-Dortmund模型预测与NRTL模型参数回归，实现了从分子尺度到工程尺度的多尺度关联。

3.1 基于文献数据的ε-己内酰胺-水体系参数回归
通过回归Manczinger和Tettamanti的VLE数据，获得NRTL模型参数，温度平均绝对偏差（AAD）仅1.47 K，验证了模型对高极性体系的适用性。

3.2 含邻二甲苯体系的相平衡
首次测定ε-己内酰胺+邻二甲苯二元VLE，发现其近理想行为（γ≈1），但UNIFAC-Dortmund模型预测偏差显著。三元LLE实验显示，水对ε-己内酰胺的分配系数随温度升高而增大，NRTL模型成功捕捉这一趋势（AAD<0.011）。

3.3 含正十六烷体系的相平衡
发现ε-己内酰胺与正十六烷存在显著相分离，临界溶液温度（UCST）达394.15 K。通过分析Alonso等文献数据，揭示烷烃碳链长度与UCST的线性关系，为溶剂筛选提供定量依据。

结论与意义
该研究首次建立了涵盖ε-己内酰胺-烷烃-芳烃-水四元体系的热力学数据库，突破性地证明水作为绿色溶剂的高效萃取能力。NRTL模型对三元LLE的准确预测（AAD<0.01）可直接用于萃取塔设计，而UNIFAC-Dortmund模型在高温下的偏差提示其需进一步优化。研究为塑料裂解油升级提供了关键工程参数，推动从"废弃物"到"单体原料"的闭环转化，对实现碳中和目标具有战略价值。