深共熔溶剂（DESs）多尺度理论筛选实现R410A共沸体系高效分离：从分子设计到工艺验证

本文创新性地采用多尺度理论方法（COSMO-RS模型校准、Aspen Plus流程模拟、量子化学计算）系统筛选1152种深共熔溶剂（DESs），成功鉴定出[N1,1,3,2,OH]Br/4-氧代戊酸(1:1,2:1)和草酸(1:3)三种高效DESs，其兼具R32/R125选择性分离性能与室温液态特性，为氢氟烃（HFCs）绿色回收提供新策略。

　　

Highlight亮点

本研究通过多尺度理论框架突破R410A共沸分离难题：

1. 首创对COSMO-RS模型进行线性校准（基于290组实验数据），预测精度提升30%

2. 发现[N_1,1,3,2,OH]Br基DESs与R32存在强氢键相互作用（ΔE<-40 kJ/mol）

3. 工艺模拟显示最优DESs可使R32回收纯度达99.7%

Computational details计算细节

COSMO-RS模型通过量子化学计算获取分子σ-轮廓（sigma-profile），结合统计热力学预测混合物性质。关键创新点：采用BP-TZVP基组优化分子结构，并引入温度校正因子提升预测可靠性。

Evaluation and calibration校准验证

对比实验数据发现：

• R32溶解度预测误差从±35%降至±15%

• R125选择性计算R²从0.82提升至0.93

校准公式：ln_exp=0.91×ln_pred-0.12

Pre-screening预筛选

从197种候选物中锁定：

• 9种HBAs（氢键受体）：季铵盐类表现最佳

• 12种HBDs（氢键供体）：羧酸类占据Top3

关键指标：无限稀释吸收容量C^∞_R32>1.2 mol/kg

Process simulations流程模拟

Aspen Plus模拟显示：

→ 吸收塔最佳操作压力：0.8 MPa

→ DES循环量可优化至4.2吨/小时

→ 能耗较传统方法降低62%

Quantum chemistry calculations量子化学计算

发现DESs中Br^-与R32的F原子形成"卤键-氢键协同作用"，结合能达-43.6 kJ/mol，显著高于R125体系（-28.9 kJ/mol）。

Conclusion结论

该研究建立DESs理性设计范式，为履行《基加利修正案》提供关键技术支撑。下一步将开展中试实验验证[N_1,1,3,2,OH]Br/草酸体系的工业化潜力。