新型低共熔溶剂（HDES）分离水相生物质衍生物的液液萃取实验与分子机制研究

本文推荐一种基于疏水性低共熔溶剂（HDES）的液液萃取（LLE）技术，用于高效分离水相中的γ-戊内酯（GVL）和乙酰丙酸乙酯（EL）。研究结合COSMO-RS模型、量子化学（QC）计算与分子动力学（MD）模拟，揭示微观作用机制，在最佳条件下萃取效率达99.95%，为绿色分离生物质废水提供新策略。

　　

Materials

实验所用化学品及其信息如表1所示。

Preparation of HDES

HDES通过将氢键受体（HBA）和氢键供体（HBD）按一定比例加热搅拌制备。例如，制备1:1摩尔比的薄荷醇-百里香酚（Mth-Thy）时，称取相应质量的Mth和Thy加入圆底烧瓶，于70°C油浴加热，磁力搅拌3小时，最终形成均一透明液体。室温静置后备用。

Experiment results

HDES的性质直接取决于HBA和HBD的类型与比例；在LLE过程中，HDES用量、实验温度及模拟废水的初始浓度对其萃取能力有直接影响。因此，本研究在LLE实验中对上述参数分别进行了考察。最优HDES采用核磁共振氢谱表征，并检验其疏水性。

Conclusion

针对GVL生产过程中因转化不完全产生的含GVL和EL废水，本研究采用新型萃取剂HDES通过LLE方法实现了模拟废水中GVL和EL的分离，并通过COSMO-RS模型、量子化学（QC）计算和分子动力学（MD）模拟分析了LLE过程中的微观机制。

首先，选取三种萜类化合物和两种长链脂肪酸组合成七种HDES进行LLE实验。通过分析LLE实验结果，结合量子化学计算和分子动力学模拟，揭示了HDES与目标分子间的氢键相互作用、空间匹配效应及疏水分配行为，最终筛选出Thy-Oct（1:1）为最优萃取剂。在25°C、溶剂比1:1条件下，对3%模拟废水中GVL和EL的萃取效率高达99.95%，近乎完全分离。本研究为生物质衍生物的高效绿色分离提供了理论依据和技术参考。