超臨界流體

1、介紹,純凈物質(zhì)要根據(jù)溫度和壓力的不同，呈現(xiàn)出液體、氣體、固體等狀態(tài)變化。在溫度高于某一數(shù)值時，任何大的壓力均不能使該純物質(zhì)由氣相轉(zhuǎn)化為液相，此時的溫度即被稱之為臨界溫度Tc；而在臨界溫度下，氣體能被液化的最低壓力稱為臨界壓力Pc。在臨界點附近，會出現(xiàn)流體的密度、粘度、溶解度、熱容量、介電常數(shù)等所有流體的物性發(fā)生急劇變化的現(xiàn)象。當(dāng)物質(zhì)所處的溫度高于臨界溫度，壓力大于臨界壓力時，該物質(zhì)處于超臨界狀態(tài)溫度及壓力均處于臨界點以上的液體叫超臨界流

2、體(supercritical fluid，簡稱SCF)。,應(yīng)用一：超臨界流體萃取技術(shù),（1）超臨界流體萃取的原理超臨界流體(SCF)是指處于臨界溫度(Tc)和臨界壓力(Pc)以上，其物理性質(zhì)介于氣體與液體之間的流體。這種流體(SCF)兼有氣液兩重性的特點，它既有與氣體相當(dāng)?shù)母邼B透能力和低的粘度，又兼有與液體相近的密度和對許多物質(zhì)優(yōu)良的溶解能力。溶質(zhì)在某溶劑中的溶解度與溶劑的密度呈正相關(guān)，溶質(zhì)在SCF中的溶解度也與此類似。因此，通過改

3、變壓力和溫度，改變SCF的密度，便能溶解許多不同類型的物質(zhì)，達到選擇性地提取各種類型化合物的目的。,超臨界二氧化碳萃取流程圖,SFE的基本流程是：由鋼瓶提供高純液體（CO2）經(jīng)高壓泵系統(tǒng)，流入保持在一定溫度（高于Tc）下的萃取池。在萃取池中可溶于SCF的溶質(zhì)擴散分配溶解在SCF中，并隨SCF一起流出萃取池，經(jīng)阻尼器減壓獲升溫后進入收集器，多余的SCF排空或循環(huán)使用。,,,二、超臨界流體技術(shù)的應(yīng)用,SFE-CO2技術(shù)的主要應(yīng)用范圍 （1

4、） 食品工業(yè) 1 咖啡中咖啡因的脫除2 啤酒花有效成分的提取3 植物油脂的萃取4 生理活性物質(zhì)的提取5 色素的提取6 香精香料的提取7在食品分析方面的應(yīng)用（2 ）醫(yī)藥、化妝品 1在生物活性物質(zhì)和天然藥物提取中的應(yīng)用 (EPA、DHA 沙棘油 、γ-亞麻酸 、β-胡蘿卜素等 )2在手性藥物合成中的應(yīng)用 3在藥劑學(xué)中的應(yīng)用 4在藥物分析中的應(yīng)用 （3） 化學(xué)工業(yè),應(yīng)用二：超臨界流體制備納米材料,納米材料是指任一維

5、的尺寸達到100nm以下的材料當(dāng)物質(zhì)進入納米級別，其在催化、光、電和熱力學(xué)等方面都出現(xiàn)特異性。而超臨界流體對狀態(tài)參數(shù)的改變十分敏感，溫度和壓力的微小變化就會使流體的性質(zhì)發(fā)生較大的改變，不僅是其溶劑化性能的改變，也包括其介電性能等物理化學(xué)性能的改變。超臨界流體所具有的可調(diào)節(jié)性以及低的表面張力，優(yōu)異的表面潤濕性能、高擴散性都使得其成為合成和制備納米材料潛在的良好介質(zhì)。,納米微粒的制備,1.超臨界溶液快速膨脹(rapid expa

6、nsion of supercdtical solutions ， RESS)法其原理是：將溶有制備納米材料所需溶質(zhì)的超臨界流體(SCF)溶液快速膨脹降壓，使該溶液在極短的時間內(nèi)達到高度過飽和狀態(tài)，從而使溶質(zhì)以顆粒形態(tài)析出。2.超臨界抗溶劑法超臨界抗溶劑過程(supercritical anti- solvent pmcesses，SAS）的其基本原理為：高壓二氧化碳：在許多有機溶劑中溶解度很大，溶解的二氧化碳，使有機溶劑發(fā)生膨脹

7、，其內(nèi)聚能顯著降低，溶解能力降低，從而形成結(jié)晶或無定型沉淀。由于成核的推動力是過飽和度，金屬鹽的水合反應(yīng)生成金屬氧化物的溶解度相對較小，因此根據(jù)常規(guī)的成核理論，在溶液中可形成細(xì)微粒。,3.超臨界流體反膠束或微乳法制備納米材料用于制備超細(xì)顆粒的超臨界流體反膠束或微乳(SCF reverse Inicelle or microemulsion)體系一般由3個組分：表面活性劑、水和SCF。制備超細(xì)顆粒的機理為：當(dāng)含有反應(yīng)物的兩個反膠束或微乳

8、混合后，由于膠團的碰撞，在反膠束或微乳顆粒間發(fā)生質(zhì)量傳遞，這一傳遞過程非常快，在混合過程中就發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)果是在反膠束或微乳的水核中生成納米顆粒，其大小與水核的大小相當(dāng)，最小只有幾納米。溶于二氧化碳的表面活性劑的研發(fā)，使得基于二氧化碳的乳液聚合成為現(xiàn)實。4.制備納米催化劑近年來新興的溶膠-凝膠技術(shù)在制備納米催化劑方面得到了眾多關(guān)注，主要是由于其操作簡單、成本低廉、工藝溫度較低以及改變操作參量可以靈活控制最終產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和尺寸。