《Coordination Chemistry Reviews》：CD-enabled supramolecular platforms for cleaner production: From deep eutectic solvents to membranes and extraction
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本文系统综述了环糊精（CDs）在绿色分离技术中的应用，包括CD基深熔溶剂、固态膜系统和超分子萃取平台。通过整合CDs的分子识别与氢键网络，实现了高效、选择性和可再生的分离过程，并探讨了规模化、稳定性和性能优化的关键挑战及未来方向。
Xin Zhang|Ruonan Chen|Xing Wang|Yao Tong|Shuaifei Zhao|Edison Huixiang Ang|Mika Sillanp??
四川西华大学建筑与土木工程学院，中国成都610039
摘要
环糊精（CDs）作为一种具有明确空腔结构的可再生大环分子，在分离科学中长期以来一直作为分子载体发挥作用。然而，最近的一个范式转变扩展了它们的作用范围，不再仅仅是作为溶解添加剂，而是成为集分子识别与过程级功能于一体的平台。本文综述了基于环糊精的清洁生产技术，包括基于环糊精的深共晶溶剂和超分子深共晶溶剂（CD-DESs和SUPRADES）、固态膜系统以及超分子萃取平台。首先总结了CD-DESs和SUPRADES的形成机制和结构特征，强调了将环糊精空腔整合到共晶氢键网络中如何将传统液体转化为可编程交互的介质。文章重点评估了这些技术在绿色萃取、手性分离以及气相中挥发性有机化合物去除方面的应用，并指出了高粘度等关键传输限制。随后探讨了如何将环糊精化学性质应用于膜结构中，其中环糊精作为结构支架、复合调节剂或界面改性剂，在连续操作过程中平衡渗透性、选择性和抗污染性能。
此外，还介绍了基于环糊精的超分子萃取平台作为复杂基质中痕量分析的高亲和力工具。通过整合液体溶剂、固体膜和分析吸附剂，本文指出环糊精是可持续分离工程中的一个统一分子模块，并概述了资源高效、循环化学过程的关键挑战和未来发展方向。
引言
向循环经济和清洁生产的转型已成为现代化学和环境工程的核心要求，这主要是由于迫切需要减少能源消耗、消除有害溶剂并提高整体资源效率。传统的分离技术（如蒸馏、有机溶剂萃取和非选择性吸附）通常伴随着高碳足迹、毒性问题以及操作效率低下[1]。因此，开发绿色、选择性和可再生的分离介质已成为可持续过程设计的关键领域。
环糊精（CDs）是一类从淀粉中提取的可再生环状寡糖，具有独特的截锥形结构，内部为疏水性空腔，外部为亲水性[2]。这种独特的结构特性使环糊精能够通过非共价主-客体相互作用与多种客体分子形成包合物[3]。历史上，这些相互作用主要应用于制药配方、食品化学和分析色谱中，环糊精主要作为溶解添加剂或固定相改性剂来提高溶解度、稳定性和手性区分能力[4]。尽管环糊精具有公认的分子识别能力，但在过程规模分离技术中的应用几十年来一直较为辅助。
近年来，出现了一个显著的范式转变，环糊精不再仅仅被视为被动的分子载体，而是越来越多地作为工程分离介质中的主动结构和功能构建块[5]、[6]、[7]。这一演变最典型的例子是基于环糊精的深共晶溶剂（DESs）和超分子DES（SUPRADES）[8]、[9]的出现。通过积极参与共晶氢键网络，环糊精将传统的共晶液体转化为“可编程交互”的介质，结合了大量的溶剂化能力和特定的分子识别能力。这种超分子流体为液相萃取、高分辨率分离以及在温和且环境友好的条件下去除挥发性有机化合物（VOCs）开辟了新途径。同时，与液相系统相关的固有限制——尤其是高粘度和能量密集型的再生过程——推动了将环糊精化学性质转化为固态膜平台的努力。通过将环糊精作为结构骨架、复合填料、功能性孔隙形成剂或界面调节剂固定化，膜系统可以克服渗透性和选择性之间的传统权衡，同时赋予抗污染和响应刺激的特性[10]。这种固态转化对于实现符合工业清洁生产要求的连续、低能耗分离尤为重要。
作为补充，基于环糊精的超分子萃取平台在食品安全和环境监测中的痕量分析方面受到了越来越多的关注[11]、[12]。通过整合液体溶剂、固体膜和分析吸附剂，这些平台提供了高亲和力的可重复使用富集工具，适用于复杂的生物和环境基质。这些系统解决了传统溶剂和膜技术所存在的分子特异性不足的问题，后者缺乏超痕量检测和选择性预浓缩所需的特性。尽管在这些领域取得了快速进展，现有文献通常将基于环糊精的溶剂、膜和萃取材料视为独立的研究领域，而没有建立一个将分子识别原理与宏观过程功能联系起来的统一框架。此外，系统性的挑战（包括传质动力学、材料长期稳定性、可扩展性和生命周期可持续性）往往被孤立讨论，而不是从整体系统的角度进行考虑。另一个限制是，许多报道的优势仍然主要基于定性描述，而基于可量化工程指标的跨平台比较相对较少。在确定哪些应用场景真正受益于基于环糊精的系统（相对于传统DESs、离子液体或水基环糊精系统）时，这一点尤为突出，因为后者往往只是改变了选择性、扩散性和再生负担之间的权衡，而没有带来明显的性能提升。
在本综述中，我们提供了关于基于环糊精的清洁生产技术的全面和综合视角。通过系统地连接CD-DESs和SUPRADES、基于环糊精的膜系统以及超分子萃取平台，我们旨在阐明支配它们在液体、固体和界面条件下性能的共同设计原则。特别强调了功能架构的概念，即有意将主-客体相互作用嵌入材料结构中，以实现选择性、可再生和过程兼容的分离。
从材料角度来看，这些功能架构也为先进建筑材料的发展提供了概念基础，其中基于环糊精的成分可以作为功能性填料、涂层或界面改性剂，赋予被动分离和纯化能力。
最后，我们批判性地评估了工业实施的关键技术和经济障碍，并提出了未来研究方向，以指导更可持续的化学和环境过程的基于环糊精的超分子平台的合理开发。为了强化这一观点，凡是有关定量证据的地方，我们都使用可测量的性能标准将CD-DESs和SUPRADES系统与传统的DESs、离子液体和水基环糊精系统进行了比较。我们还在专门的比较表格和面向挑战的展望部分总结了它们的主要优势、限制和未来研究重点。
部分摘录
基于环糊精的深共晶和超分子溶剂平台用于清洁生产
利用环糊精的固有分子识别能力，将其整合到深共晶溶剂（DESs）中是设计清洁生产功能介质的重要进展。与传统溶剂不同，基于环糊精的DESs（CD-DESs）和SUPRADES直接将特定的主-客体识别基元整合到共晶氢键网络中。这种协同架构允许同时调节宏观物理化学性质
基于环糊精的膜平台用于清洁生产
如第2节所述，基于环糊精的深共晶溶剂（CD-DESs）在液-液萃取、手性分离和气体吸附方面展示了巨大潜力，这归功于其独特的氢键网络和内在的主-客体空腔。然而，它们作为液体吸附剂的实际应用常常受到工程瓶颈的限制——如高粘度、能量密集型的回收过程和不可避免的溶剂损失——这些因素阻碍了其在大规模应用中的连续实施
基于环糊精的超分子萃取平台用于绿色分析和食品安全应用
在讨论了基于环糊精的深共晶溶剂（第2节）和固态膜平台（第3节）之后，本节重点介绍了基于环糊精的超分子萃取技术，这是绿色分析化学和食品安全监测中不可或缺的补充策略。虽然连续膜分离（第3节）在批量处理方面表现出色，但萃取和预浓缩平台则是专门为痕量分析、复杂基质清洗等设计的
总结：从分子载体到功能架构
在本文回顾的三种平台类型中——基于环糊精的深共晶溶剂/SUPRADES系统、基于环糊精的膜以及基于环糊精的吸附/萃取材料——关键的设计变量不仅仅是环糊精单元本身，而是空腔可访问性、局部氢键环境和相连接的优化程度，以适应特定的传输任务。在液体系统中，高配置自由度通常有利于性能提升，但会带来粘度和回收挑战
资助
本工作得到了大学-企业联合研究中心——先进碳材料研发中心（授权号602431010PQ）和中国 Scholarship Council（CSC）项目（项目编号：20240844236）的支持。我们感谢苏州安图奥纳米科技有限公司的宝贵支持。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
