基于PC-SAFT模型的木质素-乙醇-水体系双液相平衡行为研究及其在生物精炼中的应用

本刊推荐：本研究首次采用扰动链统计缔合流体理论（PC-SAFT）方程成功预测木质素-乙醇-水体系的双液相平衡（LLE）行为，突破传统活度系数模型局限，精准捕捉水添加对木质素溶解度的协同增强效应（co-solvent effect），为生物质精炼中木质素绿色分级（ALPHA工艺）提供关键理论支撑。

　　

Section snippets

PC-SAFT equation of state

PC-SAFT将分子建模为硬球链段集合体，这些链段包含短程排斥作用、长程分散作用和缔合作用。以约化亥姆霍兹自由能（A/NkT，其中N为分子数，k为玻尔兹曼常数，T为温度）表示时，PC-SAFT由理想气体贡献a^id、硬链贡献a^hc、分散链贡献a^disp和缔合贡献a^assoc叠加而成：

a^res ≡ a - a^id = a^hc + a^disp + a^assoc

Results and discussion

应用PC-SAFT处理该三元体系的流程与Fouad等人先前所述完全一致，但未使用极性亥姆霍兹自由能项a^polar，因此本方程为标准PC-SAFT（非极性版本）。此外，为验证模型仅通过缔合参数能否预测水添加至纯乙醇时产生的惊人"共溶剂效应"，将a^disp项中的二元相互作用参数（k_ij）设为零。

Conclusions

PC-SAFT成功模拟了高温下难以界定的生物聚合物木质素与乙醇-水溶剂体系的LLE相行为。相较于NRTL、UNIQUAC等传统活度系数模型，PC-SAFT仅通过一套纯组分缔合参数即同步预测出富水与富乙醇的双重LLE相行为，并准确捕捉温度降低对相行为的定性影响规律，为生物精炼过程中木质素的高值化利用提供了强有力的理论工具。