综述:深度共晶溶剂在吸附工艺中的整合路线图:批判性综述与设计蓝图

【字体: 时间:2025年06月18日 来源:Progress in Materials Science 33.6

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  (编辑推荐)本综述系统梳理了深度共晶溶剂(DESs)在吸附材料开发中的应用进展,提出“DES基吸附剂(DES-ADS)”概念,涵盖水处理、蛋白质分离等六大应用场景(55.1%研究聚焦废水处理),并批判性分析混合、分散、溶剂热三大合成方法的局限性,最终构建兼顾吸附学与DES特性的自下而上开发框架,为绿色化学与功能材料设计提供新范式。

  

Abstract
绿色化学与可持续工程理念的蓬勃发展为传统吸附工艺注入新活力。深度共晶溶剂(Deep Eutectic Solvents, DESs)作为新兴绿色溶剂,通过与吸附材料的创新结合催生出DES基吸附剂(DES-ADS)这一交叉领域。本文通过批判性视角,首次对该领域研究进行全面测绘与方法论重构。

应用场景与材料谱系
DES-ADS的应用呈现多元化特征:水/废水处理以55.1%占比成为主导方向,蛋白质分离(12.7%)、食品工业(12.7%)、生物质加工(7.6%)及医疗领域(3.4%)紧随其后。吸附剂基底材料多采用复合策略,常见组合包括生物炭-聚合物、纤维素-无机物等杂化体系。DES组分选择呈现规律性:氢键受体(HBA)以胆碱氯化物(ChCl)等季铵盐为主(占比>60%),氢键供体(HBD)则偏好乙二醇、甘油、尿素等多元醇类,辅以有机酸、可聚合单体等特殊功能组分。

合成方法论批判
现有DES-ADS制备技术可归纳为三大路径:

  1. 混合法:直接物理共混DES与基底材料,但常忽视DES热稳定性阈值(如尿素基DES在>80℃易分解);
  2. 分散法:通过超声/机械力使DES纳米化分散,但易导致氢键网络破坏;
  3. 溶剂热法:在密闭体系中实现分子级组装,却存在反应釜体积限制(<100 mL占比82%)。

研究揭示当前领域存在两大认知误区:一是将DES简单视作“绿色替代溶剂”,忽略其动态氢键特性对材料孔隙结构的调控作用;二是过度依赖经验式配方优化,缺乏DES组成-吸附性能的构效关系研究。

框架革新与展望
针对上述问题,提出四维开发框架:

  1. 功能导向:根据靶标污染物(如重金属离子/有机染料)反向设计DES组分;
  2. 界面工程:通过DES的氢键供/受体比例调控材料表面ζ电位;
  3. 过程强化:耦合微波辅助等外场作用提升DES渗透效率;
  4. 生命周期评估:量化DES回收率与吸附剂再生次数的平衡点。

该框架已成功指导开发出用于血蓝蛋白分离的ChCl-木糖醇DES吸附剂(吸附容量达218 mg/g),验证了方法论普适性。未来研究应聚焦DES动态相行为与吸附动力学的原位表征技术突破,推动该领域从经验探索向理性设计跨越。

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