在外加电场作用下，石墨烯介孔内碳氢化合物和水的重新分布：来自分子动力学模拟的证据

《Fluid Phase Equilibria》：Redistribution of hydrocarbon and water within graphene mesopores under an external electric field: Evidences from molecular dynamics simulations

氯仿-乙醇混合物在二甲醚或丙烷加压下的挥发性研究，通过静态装置测定二元及三元体系的泡点压力，对比Wilson、T-K-Wilson、NRTL和UNIQUAC模型，发现NRTL模型预测精度最佳，用于优化溶剂去除工艺。

　　

辻智也（Tomoya Tsuji）|横井大吾（Daigo Yokoi）|松川宏明（Hiroaki Matsukawa）|星名隆明（Taka-aki Hoshina）|松田宏之（Hiroyuki Matsuda）|栃木克巳（Katsumi Tochigi）

马来西亚-日本国际技术学院，马来西亚理工大学，Jalan Sultan Yahya Petra旁，吉隆坡54100，马来西亚

摘要

氯仿-酒精混合物常被用作脂质的提取溶剂。在本研究中，提出了一种新型的高挥发性溶剂，该方法通过使用二甲醚或丙烷对氯仿-酒精混合物进行加压来实现。使用静态装置测定了三种二元混合物（二甲醚-氯仿和二甲醚-乙醇）在（283.15-313.15）K下的泡点压力，以及丙烷-氯仿在313.15 K下的泡点压力。等摩尔的氯仿-乙醇混合物用于测定两种三元混合物（二甲醚-氯仿-乙醇和丙烷-氯仿-乙醇）在313.15 K下的泡点压力。上述二元混合物的数据以及其他三元混合物组分（丙烷-乙醇在（293.15–313.2）K和氯仿-乙醇在（308–328）K下的数据）与四种活度系数模型（Wilson、T-K-Wilson、NRTL和UNIQUAC）进行了相关性分析。其中NRTL模型的再现性最佳。实验得到的三元数据与仅使用二元参数预测的NRTL结果进行了比较，绝对相对偏差的平均值分别为：二甲醚-氯仿-乙醇为5.37%，丙烷-氯仿-乙醇为3.09%。通过预测的汽液平衡（VLE）图可以估算出需要加入的二甲醚或丙烷的摩尔分数，以便在常压下使氯仿-乙醇的等摩尔液体混合物快速蒸发。

引言

脂肪、磷脂、糖脂、二十烷酸酯和类固醇是生物化学中常见的脂质，在生物体内发挥着重要作用[1,2]。在生化分析中，会使用多种溶剂来提取和鉴定这些脂质[[3], [4], [5], [6], [7], [8]]。例如，在索氏提取法中，通常从石油醚、己烷、二异丙醚、乙醚、二氯乙烷和氯仿中选择合适的溶剂。也有使用混合溶剂（如氯仿-甲醇和乙醚-石油醚）进行提取的情况。本研究调查了常规溶剂与二甲醚的混合体系。二甲醚的溶解性预计与乙醚相似，其低沸点[9], [10], [11]有助于提取后快速去除溶剂。测定了二甲醚-氯仿和二甲醚-乙醇两种二元混合物在（283.15–313.15）K下的泡点压力，以及丙烷-氯仿-乙醇这种三元混合物在313.15 K下的泡点压力。由于丙烷的化学结构与石油醚和己烷相似，因此也测定了其泡点压力。二元混合物的实验数据与四种活度系数模型（Wilson [12]、Tsuboka-Katayama-Wilson [13]、非随机双液模型（NRTL）[14]和通用准化学模型（UNIQUAC）[15]进行了相关性分析。仅使用二元相互作用参数对三元混合物的模型再现性进行了评估。预测的三元VLE数据用于确定在常压下快速蒸发这些混合物所需的二甲醚或丙烷的操作压力和用量。这些数据可应用于提取后混合溶剂的去除。

与本研究相关的测量结果方面，文献中尚未有关于二甲醚-氯仿混合物的VLE数据。Handa和Johns[20]报告了二甲醚-氯仿在298.15 K下的VLE数据。Elbaccouch和Elliott[22]报告了二甲醚-乙醇在稍高温度（332.70 K、353.05 K和373.30 K）下的VLE数据。其他研究者也报告了二甲醚-乙醇在不同温度下的VLE数据：Park等人[23]在323.15 K，Laursen和Andersen[24]在较低温度（298.2 K、308.2 K和318.2 K），以及Dahlhoff等人[25]在293.15 K。Dahlhoff等人的数据与本研究结果较为吻合[16,21]。Kretschmer和Wiebe[26]以及Nagahama等人[27]报告了丙烷-乙醇的泡点压力数据。Kretschmer和Wiebe的数据显示，在273 K、298 K和323 K时压力低于大气压。Nagahama等人的数据是在293.1 K下获得的，与本研究中的温度相近。Gomez-Nieto和Thodos[28]报告了丙烷-乙醇在8条等温线上的VLE数据，温度范围为325.00 K至500.00 K。Horizoe[29]报告了丙烷-乙醇在325.0 K、350.0 K和375.0 K下的VLE数据。Zabaloy[30]的报告温度与Horizoe的数据相近[29]。上述研究[28], [29], [30]的动机在于对超临界流体应用的兴趣，因为丙烷的临界温度Tc为369.82 K[31]。Joung[32]报告了丙烷-乙醇在313.15 K下的VLE数据。然而，本研究未测量另一种组分（氯仿-乙醇）的泡点压力。氯仿-乙醇在常压下形成共沸物，已有大量等压数据用于研究其共沸点的压力和温度依赖性。Chen[33]在101.3 kPa和302.4 kPa两种压力下报告了氯仿-乙醇的VLE数据。Darwish和Al-Anber[34]以及Orchillés[35]分别在94.0 kPa和100 kPa下也报告了VLE数据。Li[36]在（304.69–348.79）K范围内报告了低于100.91 kPa的泡点压力数据。Scatchard和Raymond[18]以及Gonzalez和Van Ness[19]仅在318 K、328 K和338 K下报告了氯仿-乙醇的等温VLE数据。

使用的化学物质

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说明

二甲醚中的两个甲基基团具有诱导效应，使得分子中的氧原子带负电荷。氯仿和乙醇分子中的氢原子均带正电荷。由于氯仿中的三个氯原子的电子密度较高，其正极化程度远强于乙醇。

饱和蒸汽压

在测量泡点压力之前，首先测定了氯仿、二甲醚和丙烷的饱和蒸汽压。实验数据见表4。由于预计乙醇的饱和蒸汽压会低于氯仿，即使使用最低压力范围的传感器（PHS-2KA）也无法获得可靠的数据，因此未对其进行测量。表4中将实验数据与已报道的氯仿饱和蒸汽压进行了比较[[47]]。

结论

使用静态装置测定了三种二元混合物（二甲醚-氯仿和二甲醚-乙醇）在（283.15–313.15）K下的泡点压力，以及丙烷-氯仿在313.15 K下的泡点压力。使用等摩尔的氯仿-乙醇混合物测定了两种三元混合物（二甲醚-氯仿-乙醇和丙烷-氯仿-乙醇）在313.15 K下的泡点压力。上述二元混合物的实验数据以及其他三元混合物组分的实验数据也被纳入了分析。

CRediT作者贡献声明

辻智也（Tomoya Tsuji）：撰写、审稿与编辑、方法论制定、资金申请、数据分析、概念构思。 横井大吾（Daigo Yokoi）：撰写初稿、软件开发、实验设计。 松川宏明（Hiroaki Matsukawa）：软件开发、数据分析。 星名隆明（Taka-aki Hoshina）：指导、软件开发、概念构思。 松田宏之（Hiroyuki Matsuda）：撰写、审稿与编辑、方法论制定。 栃木克巳（Katsumi Tochigi）：方法论制定、数据分析。