超臨界流體
| A+醫學百科 >> 超臨界流體 |
超臨界流體具有許多獨特的性質，如粘度小、密度、擴散系數、溶劑化能力等性質隨溫度和壓力變化十分敏感：粘度和擴散系數接近氣體，而密度和溶劑化能力接近液體?！ ?/p>
目錄 |
超臨界流體的定義
純凈物質要根據溫度和壓力的不同，呈現出液體、氣體、固體等狀態變化，如果提高溫度和壓力，來觀察狀態的變化，那么會發現，如果達到特定的溫度、壓力，會出現液體與氣體界面消失的現象該點被稱為臨界點，在臨界點附近，會出現流體的密度、粘度、溶解度、熱容量、介電常數等所有流體的物性發生急劇變化的現象
溫度及壓力均處于臨界點以上的液體叫超臨界流體(supercritical fluid，簡稱SCF)。例如:當水的溫度和壓強升高到臨界點(t=374.3 ℃，p=22.05 MPa)以上時，就處于一種既不同于氣態，也不同于液態和固態的新的流體態──超臨界態，該狀態的水即稱之為超臨界水?！ ?/p>
超臨界流體的性質
超臨界流體由于液體與氣體分界消失，是即使提高壓力也不液化的非凝聚性氣體。超臨界流體的物性兼具液體性質與氣體性質。它基本上仍是一種氣態，但又不同于一般氣體，是一種稠密的氣態。其密度比一般氣體要大兩個數量級，與液體相近。它的粘度比液體小，但擴散速度比液體快(約兩個數量級)，所以有較好的流動性和傳遞性能。它的介電常數隨壓力而急劇變化(如介電常數增大有利于溶解一些極性大的物質)。 另外，根據壓力和溫度的不同，這種物性會發生變化?！ ?/p>
超臨界流體的應用原理
物質在超臨界流體中的溶解度，受壓力和溫度的影響很大.可以利用升溫,降壓手段(或兩者兼用)將超臨界流體中所溶解的物質分離析出，達到分離提純的目的(它兼有精餾和萃取兩種作用).例如在高壓條件下，使超臨界流體與物料接觸,物料中的高效成分(即溶質)溶于超臨界流體中(即萃取).分離后降低溶有溶質的超臨界流體的壓力，使溶質析出。如果有效成分(溶質)不止一種，則采取逐級降壓，可使多種溶質分步析出。在分離過程中沒有相變，能耗低?！ ?/p>
超臨界流體的應用
如超臨界流體萃取(supercritical fluid extraction,簡稱SFE),超臨界水氧化技術、超臨界流體干燥、超臨界流體染色、超臨界流體制備超細微粒、超臨界流體色譜(supercritical fluid chromatography)和超臨界流體中的化學反應等,但以超臨界流體萃取應用得最為廣泛。很多物質都有超臨界流體區，但由于CO2的臨界溫度比較低(304.1K),臨界壓力也不高(7.38MPa),且無毒,無臭,無公害，所以在實際操作中常使用CO2超臨界流體。如用超臨界CO2從咖啡豆中除去咖啡因，從煙草中脫除尼古丁，從大豆或玉米胚芽中分離甘油酯,對花生油、棕櫚油、大豆油脫臭等。又例如從紅花中提取紅花甙及紅花醌甙(它們是治療高血壓和肝病的有效成分),從月見草中提取月見草油(它們對心血管病有良好的療效)等。使用超臨界技術的唯一缺點是涉及高壓系統,大規模使用時其工藝過程和技術的要求高,設備費用也大。但由于它優點甚多,仍受到重視。
在超臨界水中，易溶有氧氣，可使氧化反應加快，可將不易分解的有機廢物快速氧化分解，是一種綠色的“焚化爐”。
由于超臨界流有密度大且粘稠度小的特點，可將天然氣化為超臨界態后在管道中運送，這樣既可以節省動力，又可以增加運輸速率。
超臨界二氧化碳具有低粘稠度、高擴散性、易溶解多種物質、且無毒無害，可用于清洗各種精密儀器，亦可代替干洗所用的氯氟碳化合物，以及處理被污染的土壤。
超臨界二氧化碳可輕易穿過細菌的細胞壁，在其內部引起劇烈的氧化反應，殺死細菌。
利用超臨界流體進行萃取.將萃取原料裝入萃取釜。采用二氧化碳為超臨界溶劑。二氧化碳氣體經熱交換器冷凝成液體，用加壓泵把壓力提升到工藝過程所需的壓力(應高于二氧化碳的臨界壓力)，同時調節溫度，使其成為超臨界二氧化碳流體。二氧化碳流體作為溶劑從萃取釜底部進入，與被萃取物料充分接觸，選擇性溶解出所需的化學成分。含溶解萃取物的高壓二氧化碳流體經節流閥降壓到低于二氧化碳臨界壓力以下進入分離釜(又稱解析釜)，由于二氧化碳溶解度急劇下降而析出溶質，自動分離成溶質和二氧化碳氣體二部分，前者為過程產品，定期從分離釜底部放出，后者為循環二氧化碳氣體，經過熱交換器冷凝成二氧化碳液體再循環使用。整個分離過程是利用二氧化碳流體在超臨界狀態下對有機物有特異增加的溶解度，而低于臨界狀態下對有機物基本不溶解的特性，將二氧化碳流體不斷在萃取釜和分離釜間循環，從而有效地將需要分離提取的組分從原料中分離出來?！ ?/p>
常見臨界點
最常見的是超臨界二氧化碳，其臨界溫度為31.26℃，臨界壓力為72.9atm
超臨界水的臨界點為374攝氏度，22Mpa。
超臨界甲醇為239℃,8.1MPa
超臨界流體的發展史
超臨界流體具有溶解其他物質的特殊能力,1822年法國醫生Cagniard首次發表物質的臨界現象,并在1879即被Hannay和Hogarth二位學者研究發現無機鹽類能迅速在超臨界乙醇中溶解,減壓后又能立刻結晶析出.但由于技術,裝備等原因,時至20世紀30年代,Pilat和Gadlewicz兩位科學家才有了用液化氣體提取「大分子化合物」的構想.1950年代,美,蘇等國即進行以超臨界丙烷去除重油中的柏油精及金屬,如鎳,釩等,降低后段煉解過程中觸媒中毒的失活程度,但因涉及成本考量,并未全面實用化.1954年Zosol用實驗的方法證實了二氧化碳超臨界萃取可以萃取油料中的油脂.此后,利用超臨界流體進行分離的方法沈寂了一段時間,70年代的后期,德國的Stahl等人首先在高壓實驗裝置的研究取得了突破性進展之后,「超臨界二氧化碳萃取」這一新的提取,分離技術的研究及應用,才有實質性進展;1973及1978年第一次和第二次能源危機后,超臨界二氧化碳的特殊溶解能力,才又重新受到工業界的重視.1978年后,歐洲陸續建立以超臨界二氧化碳作為萃取劑的萃取提純技術,以處理食品工廠中數以千萬噸計的產品,例如以超臨界二氧化碳去除咖啡豆中的咖啡因,以及自苦味花中萃取出可放在啤酒內的啤酒香氣成分. 超臨界流體萃取技術近30多年來引起人們的極大興趣,這項化工新技術在化學反應和分離提純領域開展了廣泛深入的研究,取得了很大進展,在醫藥,化工,食品及環保領域成果累累.
| 關于“超臨界流體”的留言： |  訂閱討論RSS
|
|
目前暫無留言 | |
| 添加留言 | |