超臨界流體的使用分類

超臨(lin) 界流體(ti) (SupercriticalFluid,簡稱SCF)是指溫度和壓力同時高於(yu) 臨(lin) 界值的流體(ti) ,也就是壓縮到具有接近液體(ti) 密度的氣體(ti) 。處於(yu) 超臨(lin) 界狀態時,氣液兩(liang) 相性質非常接近,以至於(yu) 無法分辨,所以稱之為(wei) 超臨(lin) 界流體(ti) 。超臨(lin) 界流體(ti) 的許多物理化學性質介於(yu) 氣體(ti) 和液體(ti) 之間,並具有兩(liang) 者的優(you) 點,如具有與(yu) 液體(ti) 相近的溶解能力和傳(chuan) 熱係數,具有與(yu) 氣體(ti) 相近的黏度係數和擴散係數,同時它也具有區別於(yu) 氣態和液態的*的性質:在臨(lin) 界點附近壓力的微小變化可導致密度的巨大變化,因此可以方便地調節壓力和溫度,得到處於(yu) 氣態和液態之間的任一密度,來控製超臨(lin) 界流體(ti) 的黏度、介電常數、擴散係數和溶解能力等物理化學性質。與(yu) 常用的有機溶劑相比,超臨(lin) 界流體(ti) 特別是SC-CO2、SC-H2O還是一種環境友好的溶劑,萃取物*殘留溶媒,同時也防止了提取過程對人體(ti) 的毒害和對環境的汙染,符合當今“綠色環保”、“清潔生產(chan) ”、“回歸自然”的高品位追求。正是這些優(you) 點使得超臨(lin) 界流體(ti) 具有廣泛的應用潛力,然而超臨(lin) 界流體(ti) 技術應用的迅速發展還是在近二三十年間。

1超臨(lin) 界流體(ti) 萃取與(yu) 分離

SFE無論是在溶解能力和傳(chuan) 遞性能,還是在溶劑回收和產(chan) 品純度等方麵,與(yu) 傳(chuan) 統的分離方法相比,都具有許多不可比擬的特殊優(you) 點。SCF的萃取能力取決(jue) 於(yu) 流體(ti) 的密度,易通過調節溫度和壓力兩(liang) 個(ge) 控製參數來隨意控製流體(ti) 的密度,進而控製超臨(lin) 界萃取溶解能力,同時可借助不同的夾帶劑來調節SCF的極性改變其萃取範圍等

SFE作為(wei) 一種有誘人工業(ye) 應用前景的分離提純技術在天然色素、香精香料、揮發油、中草藥、金屬離子的提取等方麵得到了廣泛的應用,有的已達到了工業(ye) 化水平。其中的主要影響因素有溫度、壓力、萃取物的顆粒大小,萃取時間、夾帶劑(改性劑)、流體(ti) 的流量,應綜合考慮得出合適萃取與(yu) 分離的條件。下麵以中草藥研究中生物堿類、揮發性油的超臨(lin) 界流體(ti) 萃取為(wei) 例來介紹超臨(lin) 界流體(ti) 在萃取與(yu) 分離方麵的應用。

2材料製備

與(yu) 超臨(lin) 界流體(ti) 在萃取方麵的應用比較起來,超臨(lin) 界流體(ti) 在材料製備方麵的應用發展相對較遲一些。研究表明,材料在超臨(lin) 界流體(ti) 中與(yu) 在常用溶劑中製備比較得到的晶形、顆粒度、抗燒結能力等性質大不相同,超臨(lin) 界流體(ti) 中可得到小的高度微晶化的顆粒。而在常用溶劑中,則得到團聚或非晶態的顆粒,這些顆粒的粒徑分布較寬,這對材料的性質是不利的。

2.1金屬薄膜材料的製備

金屬薄膜材料的製備是一個(ge) 具有重要意義(yi) 的研究領域。通常的製備方法是金屬有機化學氣相沉積法(MOCVD),要製備出性能良好的薄膜材料,MOCVD要求有機金屬前體(ti) 具有揮發性高、熱穩定性好等特點,而有時這些要求並不能得到滿足,同時有機物的殘留對環境有害。為(wei) 克服這些缺點,研究者探索出超臨(lin) 界流體(ti) 化學相沉積法(SFCVD)。SFCVD一般包括4個(ge) 步驟:有機金屬絡合物溶解在超臨(lin) 界流體(ti) 中;借助超臨(lin) 界流體(ti) 輸送到反應室中;超臨(lin) 界流體(ti) 快速膨脹(RESS),形成有機金屬絡合物的極小顆粒;小顆粒在底物上分解並形成薄膜。與(yu) MOCVD相比,SFCVD具有許多優(you) 點:可使用揮發性較低的前體(ti) ;超臨(lin) 界流體(ti) (如SCCO2)的低臨(lin) 界溫度可使用穩定性較差的前體(ti) ;較高的氣相濃度使形成薄膜的速度快;對環境無汙染。此外,SFCVD還可以用於(yu) 製各合金薄膜。

2.2超微粉體(ti) 的製備

超微粉體(ti) 指粒徑在1～100nm間的顆粒,表現出的表麵效應、體(ti) 積效應、量子效應和宏觀遂道效應,使其具有與(yu) 宏觀顆粒不同的性質。超臨(lin) 界流體(ti) 技術(SFE)製備超微粉體(ti) 是一項新技術,它利用SCF較好的溶解能力和擴散能力,製備出性能優(you) 異的超微粉體(ti) 。超微粉體(ti) 的成功研製,在材料、化工、電子、生物、醫學等領域得到了廣泛的應用。按其工藝原理可分為(wei) :SCF快速膨脹法(RESS),SCF反溶劑法(SAS)和SCF微乳液法。成曉玲等對超臨(lin) 界流體(ti) 技術製備超微粉體(ti) 的研究進展做了一個(ge) 綜述,介紹了超臨(lin) 界流體(ti) 快速膨脹法(RES),超臨(lin) 界流體(ti) 反溶劑法(SAS)和超臨(lin) 界流體(ti) 微乳液法製備超微粉體(ti) 的原理及應用。總之,SCF技術可以實現低溫下製備納米顆粒,尤其適用於(yu) 生物、製藥、食品以及具有光學特性的超微粉體(ti) 的製備。在製備過程中顆粒的生物活性及物性損失較小,且製備出的粉體(ti) 粒徑均勻,粒徑分布窄。

2.3用超臨(lin) 界CO2製備藥丸外殼

藥物上聚合物外殼可保護藥中活性成分和避免輸送過程中受損害,但是通常所用的熱塗法往往會(hui) 損傷(shang) 藥物的活性成分。應用超臨(lin) 界澆注在嚴(yan) 格控製直徑的藥物聚合物粒子上,將藥物和聚合物粉末在31℃和0MPa壓力的CO2罐中混合,然後在2.0MPa壓力下以噴霧狀釋放進入膨脹容器中,從(cong) 而製得藥丸外殼。

3化學反應

超臨(lin) 界流體(ti) 中的化學反應,與(yu) 普通介質中的化學反應相比,有其*之處,在SCF的化學反應是一個(ge) 非常有價(jia) 值的研究領域。其中SCF的選取依據尚處於(yu) 探索之中,其中研究多的是二氧化碳和水。超臨(lin) 界二氧化碳(SC-CO2)和超臨(lin) 界水(SC-H2O)擴散係數大,粘度遠小,惰性好,有*的溶解能力和溶解選擇性,可以提高反應物濃度,加速反應,且越靠近臨(lin) 界點,反應速率越快;調節壓力(或溫度)兩(liang) 個(ge) 參數來控製其活性,能及時地將反應產(chan) 物從(cong) 反應體(ti) 係中分離,以獲得較大的轉化率和高選擇性,然後再回複到原來的反應條件繼續反應,達到反應和分離一體(ti) 化。在超臨(lin) 界流體(ti) 中的化學反應,研究的較多的是氫化反應、氧化反應、聚合反應、酶催化反應和自由基反應,在這些反應中,速率大大提高,選擇專(zhuan) 一性增強,產(chan) 率也明顯提高。

4環境治理

超臨(lin) 界水氧化是一種對有機廢料處理的新技術,優(you) 點是被處理的有機物和氧在超臨(lin) 界水中*互溶,在400℃～600℃時,可使有機物迅速地轉化為(wei) 水,N2、CO2和無機鹽等無毒物質,可用於(yu) 處理酚類化合物、鹵代烴化合物等。與(yu) 傳(chuan) 統濕式空氣氧化法、焚燒法和生化處理法相比,具有明顯的優(you) 勢。