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超临界流体技术

发布时间:2021-01-26人气:
    超临界流体是指温度、压力高于其临界状态的流体,温度与压力都在临界点之上的物质状态。
    超临界流体具有许多独特的性质,如粘度、密度、扩散系数、溶剂化能力等性质,对温度和压力变化十分敏感,粘度和扩散系数接近气体,而密度和溶剂化能力接近液体。
    纯净物质要根据温度和压力的不同,呈现出液体、气体、固体等状态变化。在温度高于某一数值时,任何大的压力均不能使该纯物质由气相转化为液相,此时的温度即被称之为临界温度Tc;而在临界温度下,气体能被液化的压力称为临界压力Pc。在临界点附近,会出现流体的密度、粘度、溶解度、热容量、介电常数等所有流体的物性发生急剧变化的现象。当物质所处的温度高于临界温度,压力大于临界压力时,该物质处于超临界状态。
    超临界流体是处于临界温度和临界压力以上,介于气体和液体之间的流体,兼有气体液体的双重性质和优点:
溶解性强

    密度接近液体,且比气体大数百倍,由于物质的溶解度与溶剂的密度成正比,因此超临界流体具有与液体溶剂相近的溶解能力。
扩散性能好

    因黏度接近于气体,较液体小2个数量级。扩散系数介于气体和液体之间,为液体的10-100倍。具有气体易于扩散和运动的特性,传质速率远远高于液体。
易于控制

    在临界点附近,压力和温度的微小变化,都可以引起流体密度很大的变化,从而使溶解度发生较大的改变。(对萃取和反萃取至关重要)
    超临界流体萃取(supercritical fluid extraction,简称SFE)、超临界水氧化技术、超临界流体干燥、超临界流体染色、超临界流体制备超细微粒、超临界流体色谱(supercritical fluid chromatography)和超临界流体中的化学反应等,但以超临界流体萃取应用广泛。很多物质都有超临界流体区,但由于CO2的临界温度比较低(31.06℃),临界压力也不高(7.38MPa),且无毒,无臭,无公害,所以在实际操作中常使用CO2超临界流体。使用超临界技术的缺点是涉及高压系统,大规模使用时其工艺过程和技术的要求高,设备费用也大。但由于它优点甚多,仍受到重视。超临界流体密度很大,具有溶解性能。在恒温变压或恒压变温时,体积变化很大,改变了溶解性能,故可用于提取某些物质,这种技术称为超临界流体萃取。
    在超临界水中,易溶有氧气,可使氧化反应加快,可将不易分解的有机废物快速氧化分解。
    由于超临界流有密度大且粘稠度小的特点,可将天然气转化为超临界态后在管道中运送,这样既可以节省动力,又可以增加运输速率。
    超临界二氧化碳具有低粘稠度、高扩散性、易溶解多种物质、且无毒无害,可用于清洗各种精密仪器,亦可代替干洗所用的氯氟碳化合物,以及处理被污染的土壤。
    超临界二氧化碳可轻易穿过细菌的细胞壁,在其内部引起剧烈的氧化反应,杀死细菌。
    超临界水具有非常强的极性,可以溶解极性极低的芳烃化合物及各种气体(氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳等),能够促进扩散控制的反应速率,具有重要的工程意义。
    通入有机废物进行氧化反应,即超临界水氧化法(supercritical water oxidation,SCWO)。其结果是有机废物被完全氧化成二氧化碳、氮气、水及可以从水中分离的无机盐等无毒的小分子化合物,达到净水的目的。
    常用的超临界二氧化碳,其临界温度为31.06℃,临界压力为7.38MPa;超临界水的临界点为374℃,22MPa;超临界甲醇为239℃,8.1MPa。
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