Sussol - 使用AI进行选择和替代绿色溶剂
溶剂通常是液体,但也可以是固体或气体形式。它用于溶解、悬浮和提取其他物质,而不会对溶剂或其他物质产生化学变化。溶剂种类繁多,用途广泛,用于生产各种日常用品,包括油漆、药品、杀虫剂、清洁剂和油墨。为了使产品具有最佳的性能属性,需要使用多种不同的溶剂来满足特定的要求,例如不弄脏的墨水,有效去除油脂和污垢的清洗剂,干燥快、持续时间长、不会堵塞喷嘴的喷漆。
传统的溶剂可以是有毒,挥发性,高度易燃,不可生物降解和不可再生的。寻找特定应用的合适溶剂可能是困难的。寻找非贵重溶剂的绿色替代方案可能更加困难。Hannes Sels,Herwig de Smet和Jeroen Geuens博士,来自Karel de Grote Applization of Antwerp的艺术大学可持续化学专业中心,已经开发了一种基于人工智能(AI)算法的用户友好的软件工具,叫做SussoL(可持续溶剂选择和替代软件),这使得能够更有效,客观和有目的的选择,用于特定工业应用的最佳表现和最可持续的溶剂。
化学立法
已经采用了化学品(REACH)欧洲法规的登记,评估,授权和限制,从而改善了化学品造成的风险的人类健康和环境。到达限制性清单包括溶剂,例如环己烷,苯,甲苯,氯仿和二氯甲烷。ChemSec,一个独立的非营利组织,倡导有毒化学品,以更安全的替代品,因此开发了SIN列表(现在替代它)。这种合法化的压力是指导行业的主要司机,朝向更绿色的有毒溶剂的替代品。
此外,处理有毒溶剂或回收它们的成本会对生产成本产生重大影响。在制药工业中,溶剂通常占原料的56%。据估计,溶剂占制药生产后处理温室气体排放的50%。消费者意识的提高也促使制造商为他们的产品寻找替代溶剂。
数据驱动的自动化溶剂选择/替代指南将允许用户不熟悉溶剂选择领域,以寻找更环保的溶剂。
选择可持续溶剂替代品
虽然制药行业在其制造过程中努力进入溶剂意识和替代有毒和危险溶剂,但研究人员指出,涂料和涂料行业是溶剂的主要使用者。已经存在了许多溶剂指南;然而,研究团队认为,数据驱动的自动化溶剂选择/替代指南将允许用户不熟悉溶剂选择领域,以寻找更环保的溶剂,从而创造更可持续的产品和过程。
可获得各种可持续溶剂替代品,但为特定制造过程中最适合的可持续溶剂替代品通常是耗时的,劳动密集型,并且需要具体的专家知识。中小企业(中小企业)和小型制定公司,化学不是核心业务可能没有用于寻求新的和更可持续的溶剂的手段或知识。软件辅助工具可能对那些不知道其产品和流程的相关物理溶剂性能的公司具有很大的益处。
SUSSOL
Sels、De Smet和Geuens博士利用人工智能开发了一种名为SUSSOL(可持续溶剂选择和替代软件)的用户友好软件工具,该软件能够更有效、客观和有目的地选择溶剂。SUSSOL为企业寻找可持续和可行的非良性溶剂替代品提供支持,目前他们在产品和工艺中使用。通过提供一个灵活的工具,公司可以根据自己的需要使用,SUSSOL正在弥合学术研究和工业应用之间的差距。
研究人员解释了他们如何考虑溶剂选择/替代工具,以成为互动数据中心目录,包括传统和近期溶剂,这将用户指导到最佳替代方案。该过程毫不费力且透明,并提供用户灵活性,因为他们可以使用自己的数据集,添加新溶剂,并添加公司特定或机密数据。绿色和近期溶剂的溶剂生产者和经销商也可以使用该工具作为促进其溶剂的基准作为常规非engnign溶剂的替代方案。
这种用于溶剂选择和溶剂替代的新型方法涉及应用AI软件,以机器学习算法的形式应用,基于其物理性质对溶剂数据库进行聚类。机器学习的一个优点是它群集多维数据的能力。机器学习引擎被赋予溶剂基质及其物理和化学性质。这形成了知识模型的培训数据,并为未来提供了自学,可扩展申请。一旦进行了学习过程,就可以查询模型。
选择和替代模式
SussoL软件以.csv文件的形式接受一个索盘数据集。SussoL可以以两种模式运行:选择模式和替换模式。溶剂选择模式涉及数据集中所有溶剂的多维缩放图,而溶剂替代模式形成相似溶剂的簇或组。这些簇基于溶剂的物理性质,并以用户友好的可视化。SussoL使用Kohonen的自组织地图进行此集群分析。簇在二维网格上排列,其两个集群之间形成相似度的距离。该过程是用户友好,强大的,不需要特定的化学知识。用户可以指定他们想要替换的溶剂。一旦群集分析发生,SussoL会产生类似溶剂的候选名单。然后,用户可以选择最可持续的候选人,并且可以启动实验室测试。
采用多维缩放来可视化聚类过程。然后,用户选择群集并探索群集内容。使用Chem 21方法(Chem 21是促进可持续生物和化学方法的欧洲公私伙伴关系)进行彩色编码。SussoL帮助用户探索溶剂空间并生成并评估用户指定的溶剂的可能替代方案列表。替代方案根据其SH&E(安全,健康和环境)分数来排名。
SussoL帮助用户探索溶剂空间并生成并评估可能的替代方案的列表。
软件验证
研究小组使用案例研究来展示他们的南瓜方法,并建立如何帮助寻求更可持续和更环保的溶剂。为了通过自组织地图算法验证多维缩放图和聚类方法,他们选择了许多案例研究以显示各种工业应用。
研究人员证明了Sussol在纤维素稀释剂中找到更环保的替代品作为丝网印刷中的墨水的清洁剂,对于接触粘合剂中的甲苯,并用于为活性药物成分合成选择更环保和更有效的反应介质。对于每种情况,使用Sussol以产生可能的溶剂的候选名单,并显示每个溶剂的理化性质的选择的标准化值。在所有应用中,实验室测试表明,具有良好的相似之处,总体上观察到了很有希望的结果。SussoL软件直观感。在大多数情况下,该软件在文献中确认了研究结果,确认Sussol为选择最可持续的溶剂候选人提供了一个声音平台。
与工业合作伙伴合作
SUSSOL是与研究人员的工业伙伴密切合作开发的。该联盟覆盖了整个价值链,包括有偿付能力的生产商、分销商和最终用户。经过三年的密集开发、测试和统计验证,SUSSOL软件工具已经准备就绪。最初的结果是有希望的:SUSSOL已经成功地用于确定接触胶粘剂、工业清洁剂和色谱应用中甲苯的合适替代溶剂。合作的公司包括Soudal, eco-point, Caldic, Janssen Pharmaceuticals和Boss Paints,这些公司已经确定了符合其特定要求的可持续溶剂(有时作为混合物的一部分),可用于现有应用的替代或新应用。
个人反应
最初是有动力的,你开发sussol?
作为一个天然化合物提取的课题组,我们使用了大量的溶剂如正己烷和四氢呋喃进行提取和色谱应用。我们想要更环保。与此同时,我们看到我们网络中的一些公司正在努力解决与溶剂相关的问题。我们意识到,通常有更环保的替代品,但如果你不是一个有偿付能力的专家,你很难找到最好的替代品。我与KdG应用信息学研究组的同事以及工业合作伙伴组成的联盟一道,
我们开始了Sussol项目。