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超临界二氧化碳的发展现状与前景展望

第一篇：超临界二氧化碳的发展现状与前景展望超临界二氧化碳的发展现状与前景展望摘要:超临界二氧化碳具有气体的低粘度、高扩散系数和液体的高密度,且化学惰性,无毒无腐蚀,临界状态容易实现,是一种性能优良的环境友好溶剂。本文在超临界二氧化碳的萃取、超临界流体沉淀技术、化学反应介质、取代传统工艺助剂和溶剂等方面就目前的现状做了简介,指出了目前超临界二氧化碳的研究进展以及今后的研究方向。关键词:超临界二氧化碳;绿色溶剂;萃取；沉淀；化学反应超临界流体(SupercriticalFluid,简称SCF),是指处于临界温度和临界压力之上的流体。这种流体具有气体的低粘度、高扩散系数和液体的高密度特性,对许多物质具有很强的溶解能力,而且其溶解能力对温度和压力的变化极为敏感,易于调节。随着科技发展和人们对环境问题认识的不断提高,目前化学工业、涂料、油漆、泡沫塑料、机械、微电子等行业使用的挥发性有机溶剂所带来的温室效应、臭氧层空洞、水源污染等环境问题越来越引起了人们的重视,因而对一些性能优良且环境友好的超临界流体的应用研究受到了许多国家的政府、尤其是科学工作者的广泛关注。超临界流体技术自上世纪70年代开始崭露头角以来，以其环保、高效等显著特性迅速超越了传统技术。近二十多年来，随着人们对可持续发展战略认识的不断加强，在国民经济各领域，特别是工业领域，绿色化学、清洁生产技术受到越来越多的重视。超临界技术在国内外迅猛发展，在食品、化工、香料、环保、纳米材料、生物医药等诸多领域均有广阔的应用前景，也取得了众多的重要成果。常见的超临界流体中,由于二氧化碳化学性质稳定,无毒性和无腐蚀性,不易燃和不爆炸,临界状态容易实现,而且其临界温度(31.1℃)接近常温,对食品及医药中香气成分、生理活性物质、酶及蛋白质等热敏性物质无破坏作用,因而,有关超临界二氧化碳的应用研究尤为广泛。化学过程工业中许多反应、抽提、分离和其他操作均涉及使用有机溶剂，但其会造成许多环境问题，常规有机溶剂为挥发性有机化合物。此外，有机溶剂有可能破坏臭氧层而受到限制。超临界二氧化碳是传统有机溶剂有吸引力的替代方案。二氧化碳不是挥发性有机化合物。虽然二氧化碳是温室气体，如果它从环境中抽取，应用于过程中，然后再返回到环境中，则不会造成温室气体效应。超临界二氧化碳具有不断增多的商业化应用潜力。与许多有机溶剂不同，超临界二氧化碳不可燃。它为惰性、无毒，具有适中的临界常数。二氧化碳：临界温度为31．1℃，接近常温，用于对温度敏感的材料有吸引力。二氧化碳的临界压力为7．38MPa。由于其分子非极性，故液态的二氧化碳对极性物质的溶解能力极低，而对低极性和非极性物质却具有较高的溶解能力，二氧化碳对非极性或疏水性纤维具有较高的溶解能力。如果把二氧化碳置于封闭体系中升温和加压后，当温度和压力超过二氧化碳的临界温度(31．1℃)和临界压力(7．39MPa)即超过临界点后，则二氧化碳就转变为超临界流体状态。由于它不同于气体、液体和固体，故将这种液体状态称为超临界流体。处于超临界流体的二氧化碳：和气体一样，可以均匀地分布在整个容器中，通过控制压力，可以达到和液体一样大小的密度(0．3g／cm以上)，它对物体具有很强的渗透作用，对物质的溶解能力比气体大得多，甚至比液体还要强，超临界二氧化碳流体的密度是气体的数百倍，接近于液体，但其粘度又和气体相等，它的扩散系数是气体的l％左右，但又比液体大数百倍，这就是溶解分散在超临界二氧化碳流体中的物质易扩散、渗透能力强的原因所在。1超临界流体特性超临界流体(SupercriticalFluid，简称SCF)是指临界温度和临界压力以上的高密度流体，超临界流体兼具气体和液体的双重特性，密度接近于液体，粘度和扩散系1数接近于气体，渗透性好。目前，有文献报道的超临界流体大致有几十种，最为常见的是二氧化碳和水，均具有价廉易得、安全无毒等特点，应用较为广泛。2超临界技术的发展现状近来的一些研究表明，超临界流体溶剂有优于普通溶剂的特性。如：可用超临界CO2取代老溶剂氟里昂，作为氟代丙烯酸酯单体自由基聚合反应的溶剂，气产率高，而且产物易于分离；在三乙胺或三乙胺/甲醇存在下CO2催化加氢合成甲酸或甲酸衍生物的反应在超临界CO2中进行时，其反应速率明显大于在其他溶剂中进行时的速率。由于超临界流体的独特性质，使得超临界技术正作为一种具有广阔应用前景的“绿色工艺”，受到越来越多国家的重视。从目前的发展状况看，超临界技术在以下几个方面发挥了重要的作用。2.1超临界流体萃取在临界点附近的超临界流体,操作温度或操作压力的微小变化,都会引起超临流体密度的很大变化,从而可导致其溶解能力高达几个数量级的变化。超临界CO2萃取即是在低温或高压(高密度)条件下,溶解出所需的成分,然后提高温度