为什么我们需要更加环保的溶剂?
虽然我们大多数人可能都没有意识到这一点,但石油基有机溶剂会以多种方式影响我们的日常生活。例如,这些溶剂可被用作工业清洁剂、化学反应试剂,并用于各类产品的制造——例如多种杂志、食品标签和包装印刷用油墨,以及油漆和油漆稀释剂、粘合剂、家具抛光剂、润滑油和其他众多家居用品。但这些化石衍生有机溶剂通常会对我们的健康和环境造成负面影响。我们迫切需要更环保可持续、更安全的替代品。
二甲基甲酰胺(DMF)和N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)是两种在世界范围内大量生产、用于众多不同行业的多用途溶剂。例如,DMF可用于塑料生产,在药物研究中促进关键化学反应;而NMP则广泛用于药物配方、电子工业和材料制造。DMF的全球年产量为22.5万吨,NMP的产量约为每年12.5吨。[1,2]
但由于这些有机溶剂对生殖系统具有毒性作用,因此引发巨大担忧,并面临全球监管压力。在《化学品注册、评估、许可和限制》(REACH)清单上,欧洲化学品管理局(ECHA)将其列为高度关注物质,对NMP的额外限制也即将生效。[3]
出于上述原因,我们需要使用绿色化学来寻找更安全、对环境破坏性更低的替代物,来代替偶极非质子有机溶剂,如DMF和NMP,同时确保性能不打折扣。
您知道么?
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2000种
每年有2000种全新人造化学品面世,目前共存在144,000多种化合物。[4]
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200种
得益于令人难以置信的溶解能力,200种不同的有机溶剂被应用于多个领域。[5]
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22.5万
名为DMF的有机溶剂每年的产量为22.5万吨。[6]
Cyrene——有害溶剂更为环保的替代品
Cyrene™(dihydrolevoglucosenone)是一种更安全的全新生物基DMF和NMP替代品,由Circa集团与约克大学绿色化学卓越中心(GCCE)的James Clark教授合作开发。[7]
Cyrene™通过两步法从可再生纤维素废料中合成,制造工艺几乎实现能量平衡,且最后只会向环境中排放水。虽然这种绿色溶剂具有与偶极非质子有机溶剂相似的物理性质,但严格的安全性测试表明,它具有非常低的毒性,远低于全球化学品统一分类和标签制度(GHS)规定的危害阈值。
Cyrene是否有效?
尽管最近才获准以溶剂所需量予以使用,但Cyrene™已成功作为绿色溶剂替代品被用于多种工业相关应用领域,包括石墨烯合成和碳交叉偶联反应。
释放石墨烯的潜力
石墨烯是一种以独特蜂窝状晶格排列的单个原子碳层,具有能够为可持续能源、生物医药、服装和电子行业等领域带来颠覆性变化的潜力。然而,其广泛应用受到一项瓶颈的制约,即目前尚没有大规模制造石墨烯的经济有效的方法。
但Cyrene™可能会帮助这种革命性材料充分发挥其潜力。最近,科学家使用绿色溶剂代替传统使用的NMP生产出了最高品质的石墨烯油墨。[8] 除了能够生产优质产品外,这也显著降低了制造成本。我们十分看好这一全新绿色溶剂能够在一系列印刷电子应用中释放石墨烯油墨的巨大潜力。
Cyrene的未来发展前景如何?
Cyrene™荣获2017年度生物世界新闻欧洲生物创新奖和2019年度环境领袖最佳产品奖,这是对其作为石油基溶剂更安全、更环保的替代品,同时亦可确保卓越性能的肯定。[12,13]
“Cyrene™可满足众多苛刻标准。它更加安全、对环境的破坏性更小,并且可以在特定应用中提供卓越的性能。”默克KGaA绿色化学部门全球主管Jane Murray博士说道,
“我们十分期待Cyrene™在众多应用中的大规模使用。我们相信,部分领域对该产品的应用还只是开始。能够帮助找到避免危害环境、且更安全的替代物,让我们感到十分欣慰。”
这只是Cyrene™成功故事的开始。我们的研究人员正在继续寻找这种有害石油溶剂绿色替代物的全新应用领域。
您认为您工作最有吸引力的方面是什么?
我认为智慧发展是我们这个时代最激动人心的主题之一。科学世界观如今所达到的详尽和全面程度让人惊叹。我们可以在时间和规模层面测量并理解比我们的直接感官知觉更令人难以置信的事物。我们能够根据理论考量预测微小的基本粒子,如希格斯玻色子,然后通过实验予以验证。这同样适用于难以置信的巨大和遥远的物体,如黑洞和其引力波。我们能够测量超过130亿年的宇宙微波背景辐射和来自飞秒激光器的脉冲,其持续时间仅为千万亿分之一秒。我们现在同样对自寒武纪爆发以来5亿多年的生物演化,及其细胞生物化学如何在纳米范围内起效有清晰的了解。而在另一方面,我们身体内被称为大脑的重达1.5公斤的器官,其所消耗的能量仅为20瓦,而且时刻伴随我们,但我们却并不知道它是如何工作的……
我们的承诺
2012年,联合国制定了17项可持续发展目标(SDG),以应对全球面临的紧迫的环境、政治和经济挑战。三年后,这些规则被所有成员国采纳。我们努力使自身工作有助于实现这些宏伟目标。我们对开发环境友好型、更安全的工业试剂的研究符合“目标12——确保可持续消费和生产模式;子目标12.2——可持续利用自然资源和12.4——化学品的无害环境管理。”CyreneTM用于多种工业应用,我们的研究人员正在为传统有机溶剂的绿色替代品寻找新的应用。
深入了解其他来源
Cyrene™——全新生物基偶极非质子溶剂 (博客文章)
参考文献
[1] https://www.chemicalbook.com/ChemicalProductProperty_EN_CB2854115.htm
[2] https://www.sciencedirect.com/topics/medicine-and-dentistry/organic-solvent
[3] https://echa.europa.eu/regulations/reach/understanding-reach
[4] https://m.phys.org/news/2017-02-scientists-categorize-earth-toxic-planet.html
[5] https://www.sciencedirect.com/topics/medicine-and-dentistry/organic-solvent
[6] https://www.chemicalbook.com/ChemicalProductProperty_EN_CB2854115.htm
[7] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25007289
[8] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30518870
[9] https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ob/c8ob00653a#!divAbstract
[10] https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ob/c8ob00653a#!divAbstract
[11] https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/gc/c7gc00908a#!divAbstract
[12] https://www.sustainabilityconsult.com/news/265-press-release-circa-group-s-biosolvent-cyrene-wins-bio-based-innovation-of-the-year
[13] https://www.york.ac.uk/chemistry/news/deptnews/2019/green-solvent-wins-environmental-leader-award/