通过溶剂辅助发泡、塑化以及增强二氧化碳扩散技术制备的醋酸纤维素泡沫

《The Journal of Supercritical Fluids》：Cellulose acetate foams fabricated by solvent-assisted foaming via plasticization and enhanced CO 2 diffusion

研究对比了传统己烷提取与超临界二氧化碳（SFE-CO?）提取葵花籽油的环境影响，发现SFE-CO?结合膜分离再生CO?技术可使环境影响降低95%，有效解决己烷的环保与安全问题，为工业油生产提供可持续替代方案。

　　在当今社会，随着人们对可持续发展和环境保护意识的不断增强，工业生产过程中的环境影响评估变得尤为重要。以向日葵油的生产为例，该产品因其高含量的多不饱和脂肪酸和天然抗氧化特性而受到广泛重视。然而，传统的提取方式——使用己烷作为溶剂——在环保和健康方面存在诸多问题。因此，寻找一种更环保的替代方案成为研究的重点。

向日葵油的生产通常采用两阶段工艺：机械预压和己烷提取。预压阶段能够从种子中提取大约70%的油，而己烷提取则用于回收剩余的约30%油。这种传统方法虽然效率较高，但其环境和健康影响不容忽视。己烷具有易燃性和毒性，可能对操作人员和环境造成威胁。此外，己烷的使用还可能导致空气污染，进而影响臭氧层和光化学反应，对生态系统和人类健康产生潜在危害。已有研究表明，己烷可能影响神经系统，尤其是在吸入情况下，其溶解性在神经脂质中较高。同时，含有残留己烷的脱脂饼在喂养小猪时也可能表现出毒性。

鉴于己烷提取方法的局限性，科学家们开始探索绿色溶剂和先进技术的结合，以实现更环保的油提取。超临界二氧化碳（SFE-CO?）因其独特的物理化学特性，被认为是理想的选择。这种溶剂具有非易燃、非毒性、非爆炸、非极性等优点，并且可以在提取后轻松去除。此外，超临界二氧化碳被认为是“普遍认为安全”（GRAS）的溶剂，这使其在食品工业中具有广泛的应用前景。

然而，超临界二氧化碳提取方法在工业应用上仍面临一定的挑战，主要体现在其高投资成本和高能耗。特别是二氧化碳的再生过程，需要大量的能量来重新加压和升温，以维持其超临界状态。这一过程的高能耗限制了其在大规模生产中的应用。因此，研究如何优化超临界二氧化碳提取工艺，以降低能耗和提高经济效益，成为当前的重要课题。

为了实现这一目标，研究团队提出了一种改进方案，即使用膜分离技术替代传统的减压回收方法。这种创新方法通过引入膜分离装置，在低压分离器中实现油和二氧化碳的物理分离，从而避免了传统方法中需要的完全减压和再压缩过程。这种改进不仅降低了能量需求，还提高了整个提取过程的效率和可持续性。

研究采用生命周期评估（LCA）方法，以评估不同提取方式对环境的影响。LCA是一种综合性的评估工具，用于分析产品在其生命周期中的各个阶段对环境的影响。根据ISO标准（14040-14044），LCA包括四个阶段：研究目标与范围、生命周期清单（LCI）、生命周期影响评估（LCIA）和解释。在本研究中，LCA采用了ReCiPe 2016方法，对18个中间阶段和3个终端阶段的环境影响进行了评估。

研究结果显示，传统的己烷提取方法在环境影响方面存在显著问题，尤其是在能耗方面。而使用膜分离技术进行二氧化碳再生的超临界二氧化碳提取方法，能够显著降低这些影响。与己烷提取相比，该方法在环境影响方面实现了95%的减少，而与传统二氧化碳提取方法相比，实现了99.3%的减少。这些结果表明，使用膜分离技术的超临界二氧化碳提取方法具有成为工业向日葵油生产可持续替代方案的潜力。

向日葵油的生产过程涉及多个步骤，从种子的种植到最终的精炼油产品。其中，种子的种植阶段被认为是整个生产过程中环境影响最大的部分。种植过程中，农业活动如土地准备、施肥、灌溉和收获等，都会对环境产生影响。此外，运输和处理阶段同样不可忽视，这些阶段可能涉及能源消耗和碳排放。

为了更全面地评估环境影响，研究团队对整个生产过程进行了详细分析。在种子种植阶段，研究人员考虑了不同种植方式对环境的影响，包括传统农业实践和可持续农业实践。在运输阶段，研究团队评估了不同运输方式对碳排放和能源消耗的影响，如使用卡车、火车或海运等。在种子处理阶段，研究团队分析了清洗、脱壳、压碎和烘烤等步骤对环境的影响。

在提取阶段，研究团队对传统的己烷提取方法和改进的超临界二氧化碳提取方法进行了比较。己烷提取方法虽然效率较高，但其环境和健康影响较大。而改进的超临界二氧化碳提取方法通过使用膜分离技术进行二氧化碳再生，能够显著降低能耗和环境影响。此外，该方法在油提取过程中避免了高温处理，从而保护了蛋白质的完整性，提高了产品的营养价值。

在精炼阶段，研究团队评估了不同精炼方法对环境的影响，包括传统精炼方法和改进的精炼方法。传统精炼方法可能涉及更多的化学处理和能源消耗，而改进的精炼方法则更加注重环保和可持续性。

研究团队还对整个生产过程的经济性进行了分析。尽管超临界二氧化碳提取方法在环境影响方面具有显著优势，但其高投资成本和高能耗仍然是制约其大规模应用的主要因素。因此，研究团队提出了一系列优化措施，以降低能耗和提高经济效益，如改进提取工艺、优化设备设计和采用更高效的能源管理方法。

此外，研究团队还对不同提取方法的健康影响进行了评估。己烷提取方法可能对操作人员和消费者造成健康风险，而超临界的二氧化碳提取方法则更加安全，能够避免这些风险。因此，研究团队认为，使用超临界二氧化碳提取方法不仅能够降低环境影响，还能够提高生产过程的安全性。

研究团队还对不同提取方法的可操作性和适用性进行了评估。尽管超临界二氧化碳提取方法在环境和健康方面具有显著优势，但其技术复杂性和设备要求较高，这可能限制了其在某些地区的应用。因此，研究团队认为，推广和应用超临界二氧化碳提取方法需要更多的技术支持和政策支持。

总的来说，研究团队通过生命周期评估方法，对传统己烷提取方法和改进的超临界二氧化碳提取方法进行了比较分析。研究结果表明，使用膜分离技术进行二氧化碳再生的超临界二氧化碳提取方法在环境影响方面具有显著优势，能够显著降低能耗和环境负担。同时，该方法在健康和安全方面也表现出更高的优势。因此，研究团队认为，推广和应用这种绿色提取方法对于实现工业向日葵油生产的可持续发展具有重要意义。