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1、超临界流体技术及应用展望超临界流体技术及应用展望摘要：摘要：本文综述了超临界流体的物理化学基础，以及性质和种类，列举了超临界流体的几种应用，最后对于超临界流体技术进行了应用展望。关键词：关键词：超临界流体 CO2 临界点一、一、引言引言超临界流体1（supercritical fluid,简称 SCF） ，早在 1822 年，Cagniard de la tour 将液体封于炮筒中加热，发现敲击音响有不连续性，他以后又在玻璃管中直接观察，首次在世界上做了有关临界现象的报导。从 1869 年，Andrew 测定了 CO2的临界参数P=7.2Mpa 和 T=304.065K，以后临界现象越来越引起
2、人们的关注。在 1879-1880 年，Hannay 和 hogarthy 发现 SCF 具有溶解高沸点固体物质的性质，以后又有很多学者发现了很多物质的 SCF 具有高的溶解性能。二、二、超临界流体的物理化学基础超临界流体的物理化学基础众多的平衡是物理化学研究的对象，在化学领域中也具有重要应用。相平衡，也是物理化学研究的重要对象之一。在相平衡中，研究多相系统的状态如何随温度、压力和浓度等物理量的改变而发生化，用到一种叫做相图的图形来表示系统的状态变化。在这里，借助 CO2的相图来介绍超临界流体的物理化学基础。在相图中，C 点叫做临界点，在 C 点以上就是超临界流体区。超临界流体2一般是指用于溶
3、解物质的超临界状态溶剂。该溶剂处在气态和液态平衡时，流体密度和饱和蒸汽密度相同，界面就消失，该消失点就是临界点（C） ，物质的超临界状态只能在临界温度和超临界压力下得以实现。临界温度就是在增加压力至临界点以上时，使溶剂由气态变为液态时所需的最高温度；临界压力是在临界温度下，使溶剂由气态变为液态时所需要的最小压力。如，二氧化碳的临界温度为 31.19，临界压力为7.38Mpa，在超过临界温度时，增加再大压力也不会使 变为液体，在小于临界温度时，如果压力达不到临界压力， CO2也难以成为液体。即在临界温度与临界压力的交叉点，CO2才能达到超临界状态，所以 C 点以上的区域才被成为超临界流体区。三、
4、三、超临界流体的性质超临界流体的性质22以及种类以及种类超临界流体的物理化学性质介于液体与气体之间，并且具有两者的优点：1. 密度：它的密度比一般气体要大两个数量级，几乎与液体相近。而且其具有可压缩性，其密度可以随着压力的增加而增大，直至增加至与液体相近。在临界点以上的流体都有其临界密度，此密度接近于液态温度。2. 黏度：它的黏度比液体小，黏度系数一般比液体小一个数量级，相当于气体的黏度。高的渗透力和低的黏度，使得其表面张力很小。即具有良好的流动性能，能很好的快速扩散到溶质内部。3. 扩散：因黏度小，故有良好的扩散性能，其扩散速度比液体快，扩散系数约是液体的两个数量级。所以，做溶剂时，其传质效
5、果更好，而且它还有良好的渗透力和平衡力。4. 选择性：不同的物质具有不同的性质，对于不同的超临界流体也具有不同的性质，这为超临界流体的选择性提供基础。超临界流体在不同的温度、不同的压力、不同的携带剂的条件下，可以对于同一植物中的不同成分进行分别提取。例如，极性不强的酯类、醚类、酮类适合用非极性溶剂提取，对于极性强的溶质糖类、苷类、碱类适合用极性溶剂提取。5. 溶解性：溶解性是人们首先对于超临界流体的认识以及最广泛的应用。超临界流体的良好的扩散性能和渗透性能，还有其介电常数随压力变化的性能，就是它具有良好溶解性的基础。在不同的压力和温度下，具有不同的溶解性能，一般选取其密度在接近液体密度的临界温
6、度和压力条件下，此时其溶解度最高，约为常温常压下的 100 倍以上。而且超临界流体的溶解也遵循“相似相溶”原理。6. 导热性：在临界点（C）附近，物质的热导率对于温度和压力变化特别敏感。在超临界状态下，如果压力恒定，随温度升高，热导率先会有下降，尔后，会迅速升至最高热导率；如果温度恒定，热导率也会随着压力升高而增大。超临界流体有很多种，并不是仅有前面所讲的 CO2超临界流体。可以这么说，任何物质都有超临界状态，但是有些物质的临界条件比较苛刻，难以到达或者是成本太高，人们研究以及应用的较少。常用来制备成超临界流体的有 CO2、乙醇、NH3、乙烯、丙烷、丙烯、水等，将这些物质置于超临界条件下，它们
7、的气相和液相性质非常接近，以致难以分开，就达到了超临界状态，成为了超临界流体。四、超临界流体的应用四、超临界流体的应用超临界流体具有气体与液体的双重性质，且兼具两者的优点，自从发现以来就有着广泛应用，目前主要应用在超临界 CO2萃取技术，超临界流体反应技术（作相转移催化剂、均相反应溶剂、许多手性化合物的合成、溶胀聚合等）在许多的化学反应中具有重要作用，超临界水氧化技术，超临界流体结晶技术，超临界色谱技术，以及在食品化学（提取很多天然营养成分） 、化工领域（石油化工业、煤炭化学工业）和医学制造业具有重要作用。如：超临界流体的均相反应主要指 SCF 对于液体化合物的反应，这些反应在石油化工中有很多
8、应用。如在 T s OH 的催化下，超临界 CO2用做油酸和甲醇的酯化反应介质，高效率的得到了油酸甲酯。由于 SCF 具有低黏度和高扩散性，与其他液相反应相比，使得很多自由基反应具有更多活性中间体，更利于反应。五、超临界流体的应用展望五、超临界流体的应用展望超临界流体在黏度、扩散力、溶解性、选择性和导热等性质上的优势，以及在制作超临界流体的物质本身的物理化学性质和它们的环境友好性，使得超临界流体在萃取、材料制备、化学反应等方面得到了广泛应用，从目前的研究和进展来看，萃取技术在以后能够更加改善和普及；在材料制备方面，通过与纳米技术3等前沿科技的结合，能够制造出更多具有神奇性能的材料并将它们实现工
9、业化；在化学反应中，超临界流体的应用使得化学反应过程趋于绿色化，高效化，最终化学反应会与超临界流体更好结合；在最近的超临界流体技术学术及应用研讨会上，又阐述了超临界流体技术制备微细颗粒4，这一技术在食品、医药、化妆品业、电子、化学化工工业将有广泛应用。虽然超临界流体制作过程中涉及高压，这在生产实践中要求技术含量高，设备要求严格费用也大。但是其优点甚多，人们对于它的研究还是充满热情。参考文献参考文献1 朱自强，超临界流体技术-原理与应用，北京，化学化工出版社,1-22 彭英利，马承愚，超临界流体技术应用手册，北京，化学工业出版社，1-33 许群，倪伟，超临界流体技术制备纳米材料的研究与展望，化学进展，2007，194 杨基础，制备微细颗粒的超临界流体技术及其最新进展，第五届全国超临界流体技术学术及应用研讨会论文集5 肖建平，范崇政，超临界流体技术研究进展，化学进展，2001，136 陈立军，张心亚，黄洪，沈慧芳，陈焕钦，超临界流体应用技术，中国皮革，2005，347 赵淑娥，付建柯，超临界流体应用新进展，食品科技，2007，1
