引言
绿色化学理念实践的目标之一是期望通过消除或减少化学过程和产品对环境的负面影响，促进可持续发展目标的实现。在12条绿色化学原则中，倡导使用可再生原料和更安全的溶剂尤为重要。纤维素作为最丰富的可再生资源之一，因其生物相容性及可生物降解性，具有巨大的应用潜力。然而，由于纤维素结构高度有序、且具有强大的分子内外氢键网络，传统溶剂对纤维素的溶解能力非常有限，限制了其高值化应用。近年来，离子液体（ILs）因其良好的溶解能力，逐渐成为纤维素溶解和再生的主流备选溶剂。ILs因较低蒸汽压、较宽电化学窗口等特性被称为绿色溶剂。然而，绿色是一个多元的概念，并且关于ILs的绿色性仍缺乏基于其整个生命周期的综合评估方法框架。近日，西湖大学王蕾团队和中国科学院化学研究所张军团队基于生命周期理念提出综合、定量的评估框架“GREENNESS”，对纤维素溶解再生领域的三种典型ILs（AmimCl、BmimCl和EmimOAc）进行全生命周期环境影响的定量评价，评估其绿色性，指导ILs在绿色化学与化学工程的选择和应用。
图文导读
2. GREENNESS框架
基于全面的生命周期思想，框架包括ILs的原料获取和生产的上游阶段，以及ILs进入环境后的下游阶段并聚焦对淡水生态环境和人类健康产生的影响。此外，框架中还展示了构建LCI方法的推荐层级，并给出了下游阶段USEtox建模逻辑。与CHEM21或GREEN MOTION等其他溶剂筛选方法不同，GREENNESS框架提供了一种从资源消耗、环境影响和生态毒性多个方面衡量溶剂绿色度或可持续性的量化工具。通过GREENNESS可对AmimCl、BmimCl和EmimOAc进行全面评估，进而识别其整个生命周期中关键的环境热点。
图1 GREENNESS框架
针对ILs的上游生产，生命周期树方法被用于建立生命周期清单（LCI）数据，以追溯每个前体物质的生产过程，直到其清单数据在LCA数据库中可用。生产数据来自于实际生产调研和过程模拟。对于ILs的排放影响，我们针对缺少生态毒性数据的AmimCl和EmimOAc进行了基于藻、溞、鱼三个层级的生态毒性试验，结合三种ILs的物化性质及暴露因子，使用USEtox模型对三种ILs的生态毒性特征因子（CF）进行了完善。
根据三种ILs生产和排放的环境影响分析结果，三种ILs的绿色度（推荐度）排序为：AmimCl＞BmimCl＞EmimOAc。对于三种ILs的上游生产，其环境影响主要来源于其前体物质咪唑衍生物，即1-甲基咪唑和1-乙基咪唑。由于咪唑衍生物生产中的胺类和醛类物质的物料输入以及热能和电能的需求，使得这类前体的生产造成了相当可观的环境影响。此外，三种BmimCl在的下游排放对于淡水生态毒性（FAETP）和人类非致癌毒性（HTP non-cancer）的影响显著。由于BmimCl的非挥发性、在水生系统中的较大的半衰期和的毒性作用，显著地增强了FAETP和HTP non-cancer影响类别指标，改变了仅从上游生产角度出发的溶剂排序，这显示对溶剂的环境可持续性进行评估时，考虑上游生产和下游排放的重要性。
图2 1 kg AmimCl、BmimCl及EmimOAc在GREENNESS评估框架下的贡献分析
此外，通过利用EU Innovative Health Initiative开发的CHEM21溶剂筛选方法进行评价，我们发现AmimCl、BmimCl和EmimOAc在安全、健康和环境三方面的评分各有不同，但经过标准之间的权重分配后，综合排名显示三种ILs均被归类为“问题溶剂”。相较之下，GREENNESS框架在溶剂绿色评估中综合考虑了溶剂的多项参数，不仅包含固有特性，还涉及生产过程中化学品自身及前体物质的环境影响，涵盖了命运、暴露和效应机制等多方面内容，避免了评分系统中的权重问题，从而实现对溶剂可持续性全面、定量的评估。尽管如此，该框架在应用中仍面临数据收集的限制，未来可考虑借助AI赋能手段打破新化学品毒性数据空白的壁垒，并加入更详细的经济性评估，以更好地推动绿色化学的可持续发展。
该研究成果以“Life-cycle thinking based GREENNESS framework for advancing green chemistry: Case study with typical ionic liquids for cellulose dissolution and regeneration”为题发表于ACS Sustainable Chemistry & Engineering，第一作者为浙江大学-西湖大学联合培养项目在读博士研究生张熠，通讯作者为西湖大学王蕾研究员、中科院化学所张军研究员团队余坚副研究员。
作者简介
近5年来以（共同）通讯作者在Nature Food、Nature Communications、Cell Reports Physical Science、Green Chemistry、Nano Letters、Water Research等能源、材料和环境领域权威期刊上发表论文30余篇。主持国家自然科学基金面上项目、浙江省重点研发计划项目、浙江省“领雁”研发攻关计划课题，参与国家重点研发计划重点专项等。详情请见实验室网站：https://bem.lab.westlake.edu.cn/
招聘信息
团队现依托西湖大学（杭州）和牧原实验室（河南省实验室，郑州）招聘副研究员、助理研究员、博士后、科研助理，长期有效。
1. 西湖大学（杭州）
方向一：生物质组分分离、纤维素和木质素原料化和材料化利用，反应器搭建与运行。专业：生物质化学、化工和材料科学与工程；
方向二：绿色溶剂的设计与应用、溶剂化学、电化学、计算化学（分子动力学模拟和密度泛函计算）。专业：化学、物理化学、化工；
方向三：机器学习辅助的化工过程模拟（Aspen Plus）、生命周期环境影响评价（化学品）。专业：化工、计算机科学与技术、环境科学与工程；
方向四：工业、养殖园区和环境样品采集与分析。专业：环境科学与工程。
2. 牧原实验室（河南省人民政府批准成立，以西湖大学等为牵头单位组建的河南省实验室，郑州，https://www.muyuanlab.cn/）
方向一：生物质组分分离、纤维素和木质素原料化和材料化利用，反应器搭建与运行。专业：生物质化学、化工和材料科学与工程；
方向二：生物基材料施用对农作物生长的影响研究，专业：植物营养学、土壤微生物学、代谢组学。专业：生命科学、植物学、土壤学；
方向三：化工过程模拟（Aspen Plus）、生命周期环境影响评价。专业：化工、计算机科学与技术、环境科学与工程；
方向四：养殖场园区和环境样品采集与分析。专业：环境科学与工程。
请将简历、2篇代表性论文材料以PDF形式发送至wang_lei@westlake.edu.cn，邮件标题请注明：“职位+地点+姓名”，对于通过初审者，会尽快安排面试。
投稿：西湖大学王蕾/中科院化学所张军团队。投稿、合作、转载、进群，请添加小编微信Environmentor2020！环境人Environmentor是环境领域最大的学术公号，拥有20W+活跃读者。由于微信修改了推送规则，请大家将环境人Environmentor加为星标，或每次看完后点击页面下端的“在看”，这样可以第一时间收到我们每日的推文！环境人Environmentor现有综合群、期刊投稿群、基金申请群、留学申请群、各研究领域群等共20余个，欢迎大家加小编微信Environmentor2020，我们会尽快拉您进入对应的群。
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