回收和使用新的、更环保的溶剂可以使化学过程更具可持续性。

       健康、安全和环境的焦点问题，越来越多的出现在当初许多化学家认为理所当然的溶剂上。由于毒性和环境问题，即算不彻底禁止，许多广泛使用的产品现在也面临诸多限制。那么，人们正在采取哪些措施使溶剂更安全、更可持续？

       至少 20 年来，工业界一直在追求更环保的溶剂，但 Reach 确实迫使他们不得不动手，英国约克大学绿色化学中心主任詹姆斯克拉克说：“（可用溶剂）列表将变得更短。” Reach 的注册正在进行中，目前尚不清楚有多少溶剂会受到影响。寻找更环保的替代品已从可取变为必不可少。

       与谈论绿色溶剂相比，帝国理工学院可持续化学教授 Tom Welton 更喜欢谈论促进可持续化学加工的溶剂。“当溶剂进入环境时会发生什么，以及它在做你试图用它做的事情时有多好，这两者之间存在平衡，”他说。“你可能会发现一种溶剂实际上比可用的“最环保”的溶剂在环境上稍差，但在促进这一过程方面要好得多。做出决定时，您必须考虑整个生命周期。”

       至少 20 年来，工业界一直在追求更环保的溶剂，而如今Reach 正在逼他们切实动手了。可用溶剂的清单将变得更短。

       整个行业的溶剂用户——从化学加工商到清洁公司，再到在其配方中包含溶剂的公司——将不得不面对不断变化的法规。“他们都想要他们目前使用的更环保的版本，”克拉克说。'现在需求非常强烈。按照 Reach 的运作方式，公司将在有限的时间内使用旧溶剂，但很快他们将不得不寻找替代品。这应该鼓励人们现在考虑绿色替代品。

       继续使用许多极性非质子溶剂，特别是酰胺，可能会受到 Reach 的限制，因为担心它们的生殖毒性。“NMP [N-甲基-2-吡咯烷酮]、DMF [二甲基甲酰胺] 和 DMAc [二甲基乙酰胺] 长期以来一直是工业的主力，但它们的日子已经屈指可数，除非可能用于一些非常专业的应用，”克拉克说。

       一段时间以来，人们一直担心卤化溶剂，现在各种常见的碳氢化合物溶剂（如己烷和甲苯）的压力越来越大。他说：“尽管目前的限制并不那么严格，但它们可能会变得更糟，而且许多公司现在都在考虑可以用什么来代替。”

       一些含氧溶剂在评估中表现不佳：即使它们是可生物降解的，它们也未能通过毒性测试。丙酮也在讨论中，尽管它存在于多种消费品中，因为它可用于制造爆炸性过氧化物。“我可以看到它在未来受到非常严格的限制，”克拉克声称。

       他甚至听到公司说他们现在唯一想使用的溶剂是水、乙醇和二氧化碳。'但这还不够。我们目前在工业中使用了 100 多种不同的溶剂，”他说。'我们现在可以调用的特性范围非常广泛，工业界希望未来的一组更环保的溶剂具有相同范围的特性。就我个人而言，我认为这不会发生，至少不会在不久的将来发生。我认为必须重新考虑。

更环保——更好？

       克拉克认为需要一个绿色溶剂工具包，提供可接受的溶剂，具有涵盖大多数应用需求的广泛特性。“从积极的方面来说，我不明白为什么我们需要受到“一样好”的约束，”他说。“为什么不雄心勃勃，追求比你过去使用的更好的东西——不仅更安全，而且性能也更好？”

如果我们不能使用卤素、氮或硫，工具箱就越来越小，所以需要巧妙的思维和意外的结合

       间隙保留在绿色溶剂图中。虽然中间有大量的酯和醇，但当需要水混溶性或极端极性时，可能无法提供替代品。“我们制造合成物质以获得那些不寻常的、不自然的特性，现在我们正在寻找天然的替代品，它们几乎很难找到，”克拉克说。“如果我们不能使用卤素、氮或硫，工具包就会变得越来越小，所以需要巧妙的思维和意外的结合。”

       在某些情况下，混合物可能会填补这些空白。有机化学家熟悉运行色谱柱的溶剂混合物；在工业过程中使用它们怎么样？“在某些情况下，这可能是可行的，”克拉克说。“例如，当涉及到检查时，这可能会让事情变得更尴尬，但也许我们需要以不同的方式思考。”

寻找替代品

       一些溶剂可以通过使用可再生资源而不是石油制造来变得“更环保”。生物乙醇被大量生产用于燃料市场，但它也可以作为制造其他溶剂的原料。例如，去年，美国公司 Prairie Catalytic 在内布拉斯加州哥伦布开设了一个工业规模的工厂，使用来自邻近的阿彻丹尼尔斯米德兰湿磨玉米加工厂的玉米衍生生物乙醇生产生物基乙酸乙酯。

       但是对于那些现在被认为根本不可接受的溶剂，将需要更换，而且一些替代品并不是那么环保。克拉克说：“他们现在可能只是想绕过立法，但可能不会太久。”

       澳大利亚公司 Circa 开发了 NMP 及其同行的一种潜在替代品，该公司成立于十年前，旨在从木材废料中寻找新的收入来源。化学构件左旋葡萄糖酮可以一步由锯末制成，克拉克建议将其氢化可能会产生溶剂特性。二氢左旋葡萄糖酮现在可用作名称 Cyrene 的溶剂。

       今年早些时候，塔斯马尼亚的一座 50 吨/年的工厂投产，并计划建造另一座年产能至少为 1000 吨的工厂。它正在通过 Sigma Aldrich 进行研究数量的销售，并由荷兰特种化学品经销商 Will & Co 进行更大规模的销售。

       “在测试中，它的特性与 NMP、DMF 和 DMAc 的特性非常相似，”Circa 的业务开发经理 Fabien Deswarte 说。'没有像插入式替代溶剂这样的东西。在某些应用中它根本不起作用，但在越来越多的应用中，它表现良好或优于现有溶剂。它在聚合物加工中显示出特别的希望，其中大量使用 NMP 等高危溶剂。

       在欧洲 ReSolve 可再生溶剂项目下，约克团队正在开发 TMO（2,2,5,5-四甲基氧戊环）作为碳氢化合物溶剂的替代品。“毒性测试看起来都很有希望，”克拉克说。“有更多可生物降解的、安全的、有趣的溶剂被创造出来。”

       离子液体是最受关注的溶剂的另一种潜在替代品。Imperial 的 Welton 说，NMP 用于将纤维素从木浆转化为纺织纤维莱赛尔纤维的过程中，挑战在于找到其他可以溶解纤维素而不分解纤维素的方法。

       “有离子液体可以非常有效地溶解纤维素，以提供具有挤出纤维素纤维所需粘度的溶液，”他说。'这些事情都不是简单的，还有很多工作要做，也许是使用共溶剂，但看起来很有希望我们将拥有一种可以与莱赛尔工艺竞争的基于离子液体的工艺.' 它还可能取代会产生大量废物的粘胶工艺。

回收

       在环境方面，如果定期回收溶剂，它们的碳足迹将会减少。许多公司已经活跃在市场上，包括 Tradebe，它在英国有两个化学净化设施，一个在西班牙，另外两个将在未来一年左右在意大利和德国开设。所有这些都基于蒸馏。

       “我们通过简单、分馏或共沸蒸馏来纯化各种分子，我们还有玻璃衬里的设备来纯化有机酸，”Tradebe UK 的安全、健康、环境和质量总监 Andrew Crowther 说。'我们将最有效的蒸馏过程与每个输入相匹配，从混合物中蒸发分子，然后将它们冷凝回来。它是同一个分子——它在化学上没有改变。

       它通常是一个封闭的回收循环，将化学品返回给原始客户以供重复使用。“我们是一家原材料供应商，同时也带走废物，”克劳瑟说。'它以与新原材料相同的质量返回。这些分子本来会在高温焚化炉中被破坏，（充其量）能量回收。

       Crowther 说，与原始溶剂相比，碳节省量是巨大的。“例如，制造一吨丙酮会产生大约 2000 公斤的二氧化碳，而回收一吨丙酮会产生大约 400 公斤的二氧化碳，”他说。“使用[四氢呋喃]，差异要大得多。” 这些数字是保守的——它们排除了材料本来会发生的事情，例如焚烧，并忽略了它可以多次回收利用的事实。'这是循环经济方法在行动的一个很好的例子。已经实现了显着的、可量化的环境效益。

       然而，是否回收利用的选择通常归结为经济可行性。“这要花多少钱，会有多困难？” 威立雅北美回收业务总监 Ted Zajack 说，该公司在美国经营着五家溶剂回收设施。'对于一些溶剂，回收是非常昂贵的。在美国市场，我们的一些客户会回收任何东西；我们可以将其退还给他们，也可以将其出售给第三方。

       例如，制造一吨丙酮会产生约 2000 公斤的二氧化碳，而回收一吨丙酮会产生约 400 公斤的二氧化碳。

       他的同事吉姆·雷迪 (Jim Reddy) 补充说，一些公司宁愿即使成本更高也更具可持续性，而另一些公司则更关注他们的底线而不是可持续性。他说，即使收率低或遇到其他困难，也更有可能回收昂贵的溶剂。“另一方面，原始甲醇非常便宜，因此回收它比将其清除并用原始甲醇替换的成本更高，”他说。“这归结为公司偏好。”

       化学品市场的周期性也有影响。“当溶剂市场上涨时，更多的公司会考虑回收他们的溶剂，”雷迪说。“当原始溶剂价格随市场下跌时，回收利用变得不那么有吸引力。” 他注意到过去几年工业溶剂回收率有所上升，但这可能反映了美国制造业的增长。然而，大幅增加可能需要监管推动。

       挑战依然存在，但正在取得进展。“我们越来越能够为更复杂的材料混合物找到蒸馏解决方案，而这些材料在过去会被焚化，”Crowther 说。“我们现在能够量化回收利用的碳效益，而且由于其可持续性效益，工业界的兴趣正在增长。”