Pressure-Dependent Vacuum Fractional Distillation for DMC-Rich Fraction Recovery from a Model Lithium-Ion Battery Electrolyte Solvent Mixture
本研究表明，在 300 Torr 下进行压力控制的减压分级蒸馏，能够有效地从模拟锂离子电池电解液混合物中回收富含碳酸二甲酯 (DMC) 的组分，同时保留高沸点的碳酸乙烯酯 (EC)，为闭环溶剂回收提供了热力学和工程学依据。
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想象一个这样的世界：为你手机和电动汽车提供动力的电池就像是微型的高科技城市。在这些城市内部，一种被称为“电解质”的特殊液体充当了电力流动的繁忙高速公路。这种液体不仅仅是水，它是由三种不同的化学“溶剂”组成的鸡尾酒，帮助电池发挥作用。但问题在于，当这些电池老化需要回收时，这种液体通常会被直接丢弃或焚烧，这既浪费又危险。科学家们想要捕捉并重复利用这些化学物质，但它们非常棘手。它们就像三个长得很像但性格迥异的兄弟姐妹：一个是轻盈跳跃的，一个是中等体型的，另一个则是沉重缓慢的。为了回收它们，你需要将它们分离而不破坏它们。
科学家用来进行这种分离的工具叫做“分馏”。把它想象成一座神奇的加热塔，你把混合液体倒入其中。当你加热底部时，最轻盈、最跳跃的那个兄弟姐妹会首先变成蒸汽飘向顶部，在那里被一个凉爽的网捕捉住。较重的兄弟姐妹则留在底部的液体池中。挑战在于弄清楚要将塔加热到多热，以及要让蒸汽上升得有多快，以便在不误抓错兄弟姐妹的情况下精准地捕捉到目标。这在真空条件下（即空气压力极低的空间）进行时尤其困难，因为真空会改变液体变成蒸汽所需的温度。
在这项研究中，研究人员李斗熙（Duk-Hee Lee）、沈贤宇（Hyun-Woo Shim）和朴庆洙（Kyung-Soo Park）决定用一种由三种电池溶剂组成的模型混合物——碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二甲酯（DMC）和碳酸二乙酯（DEC）来尝试操作这座“化学塔”。他们想看看是否能在真空条件下完美地将最轻的那个（DMC）从其他成分中分离出来。他们在三种不同的气压下测试了他们的塔：100、300 和 500 Torr（压力单位）。他们发现，在捕捉纯净的 DMC 而不让 DEC 开始混入其中的“神奇窗口期”会随着压力的变化而改变。在他们测试的最高压力（500 Torr）下，分离它们的间隔时间较宽，但 DEC 的产出效果并不好。在最低压力（100 Torr）下，这个间隔变得极小，导致很难实现干净的分离。
团队最终选择了折中方案：300 Torr。在这个压力下，他们将混合物加热到约 89.3 °C，即液体开始沸腾的温度。他们进行了一小时的实验，并通过改变送回塔内的液体量（称为“回流比”）来观察其是否有助于分离。结果令人鼓舞。沉重的兄弟姐妹 EC 稳稳地留在底部的液体池中，完全符合预期。上升到顶部的蒸汽几乎是纯净的 DMC，捕捉到的材料中 DMC 的含量约为 92.4% 至 96.1%，只有极少量的 DEC 混入其中。研究人员指出，虽然他们没有实现 DMC 和 DEC 的 100% 完美分离，但这种方法是回收电池废液中富含 DMC 液体的切实可行的方法。他们还注意到，捕捉 DMC 与捕捉 DEC 之间的间隔似乎取决于他们特定塔内的空气和液体流动方式，而不仅仅是化学物质本身。这项研究表明，真空分馏是清理电池溶剂的一个可行的第一步，提供了一种回收珍贵化学物质的方法，同时能将那些沉重且难以沸腾的物质留在原地。
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