基于数据库的焦化废水脱酚萃取剂的生成策略

https://doi.org/10.1016/j.cjche.2018.01.014

续冉,赵月红,韩清珍,刘新雨,

曹宏斌,温浩

(中国科学院过程工程研究所)

内容简介

为了寻找脱酚萃取剂名单,根据寻找现有化学品新用途的思想,本文建立了基于数据库的脱酚萃取剂的生成策略,主要优点是生成的候选化合物的环境、安全和健康风险都是已知和可控的,可以避免CAMD产生的候选化合物具有的未知环境风险。该策略的框架分三步:(1)开发现有的商业化合物数据库;(2)生成候选脱酚萃取剂;(3)对产生的候选萃取剂进行分析。

现有商业化合物的优点是候选化合物的环境,安全和健康风险已知且可控,如毒性,身体接触,紧急风险,潜在健康影响等。所有这些化合物的环境,安全和健康影响可以通过CAS号从许多开放数据库中获得,例如材料安全数据表(MSDS)。ECC数据库中的化合物来自现有化学品名录,包括欧洲现有商业化学品名录(EINECS),美国有毒物质控制名录(TSCA)以及中国现有化学品名录(IECSC)。这三个名录涵盖了大部分国家和地区的常用的化学品。但现有化学品名录中只含CAS号和化学名称,不能满足选择萃取剂的要求。为此,根据CAS号添加了化合物的结构信息(Mol文件和SMILES码),最终的ECC数据库中包含结构信息的化合物有34195个。然后通过基团贡献法和基团匹配工具包CACTVS编写了物性估算程序,估算了化合物的物化性质等。

根据萃取剂筛选的标准,通过实验中常用的萃取剂来确定苯酚萃取的性质范围。主要考虑以下标准:(1)萃取性能:选择性高,分配系数高,水溶性低;(2)理化性质:密度差大,界面张力适中,熔点低,动力粘度低;(3)环保:化学稳定性好,闪点高,毒性小,腐蚀性小;(4)经济:储运方便,价格低廉,易于收购,易于回收等。通过设定萃取剂筛选的多重约束条件,可以生成具有良好脱酚性能的潜在分子的列表。为了尽量减少萃取剂对环境的不利影响,筛除了具有腐蚀性,环境毒性或化学不稳定性的溶剂。最后,从ECC数据库中生成了包含594种化合物的可行的候选溶剂列表。候选溶剂包括以下类别:酮类,酯类,醚类,醇类和苯类化合物,与工业或实验中常用的脱酚萃取剂一致。与广泛使用的甲基异丁基酮(MIBK)相比,候选化合物中具有更高分配系数和选择性的化合物主要是酮。由于存储,运输,人员保护,事故应急处理,废物处理等丰富的已知数据,从现有商业化合物数据库生成的候选分子可直接用于实验验证和进一步的工业生产,这将节省很多经济和时间成本。另外,分析了候选化合物的基团特征,这些潜在分子的基团信息可以为计算机辅助分子设计提供初始候选基团,减少经验的影响。本文提出的候选化合物筛选策略可以生成环境风险已知的化合物,为萃取剂的筛选节省时间,降低成本。

图表摘要

图6 不同类别溶剂的分配系数(m)和选择性(β):

空心点(数据库筛选的溶剂)和

实心点(实验中常用的溶剂)

通讯作者及团队介绍

赵月红:男,1973年生,副研究员。2003年毕于中国科学院研究生院,获工学博士学位;2008年1月至2009年1月在英国帝国理工学院 过程系统工程中心做访问学者。主要从事过程模拟及优化、工程化学数据库等方面的研究。近年来,作为项目负责人,承担相关领域国家自然科学基金项目1项、中 国科学学院信息化建设专项1项、国家科技基础条件平台项目多项1项;作为研究骨干,参加多项国家级项目及中国科学学院信息化建设专项课题,发表研究论文 20余篇。

全文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1004954117314507?via%3Dihub

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  • 原文链接https://kuaibao.qq.com/s/20180716G0FAE300?refer=cp_1026
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