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什么是超临界流体?
物质的状态会从固态变为液态,再变为气态,但如果压力和温度进一步升高,最终它们会变成兼具两者特性的“超临界流体"。
超临界流体兼具液体的高溶解性和气体的高扩散性,通过控制压力和温度,可以促进通常不会发生的反应,溶解并分离不溶性物质。
通过大限度地发挥二氧化碳、水和酒精等超临界流体的特性,人们期待它们能为食品、能源、环境和医疗等广泛领域做出贡献。
水的临界点为374℃和22.1MPa,这两个温度和压力都高。在这些温度下,水分子运动剧烈,拥有与气体分子同样巨大的动能,同时又拥有与液体相当的高密度,因此极其活跃。
在超临界水中,反应中的重要参数,如电导率、离子积等都会发生显著的波动。水本身既有酸性,又有碱性,
表现出与普通水w全不同的性质。它能很好地溶解有机物,但几乎不溶解任何无机物(油可以溶解,但盐不溶解)。
由于热分解和水解在高的温度下同时且迅速地发生,大多数有机物无需添加常规催化剂或酸碱就能分解成水、二氧化碳、氮气和其他物质。
<物性比较>
特性 | 气相 (水蒸气) | 超临界相 (超临界水) | 液相 (水) |
密度[kg/m3] | 1 | 100~1000 | 1000 |
粘度[mPa・s] | 0.01 | 0.1 | 1 |
扩散系数[m2 / s] | 10 -5 | 10-7 ~ 10-8 | <10 -9 |
热导率[W/mK] | 10 -3 | 10-3 ~ 10-1 | 10 -1 |
例如:它能分解和解毒那些被认为非常稳定的化合物,例如多氯联苯和二恶英。
二氧化碳的临界点相对较低,为31℃和7.4MPa,因此非常适合用于提取热敏性成分和挥发性较强的香气成分,以及对热不稳定的功能材料的表面处理和干燥。
由于二氧化碳是一种惰性、无害、非极性的气体,因此被认为是一种安全的提取介质,可以替代己烷或氯仿。
由于超临界二氧化碳的溶解度参数(SP值)会随温度和压力而变化,因此仅使用超临界二氧化碳即可进行选择性成分的提取和分馏。
参考文献:Yasuhiko Arai,主管,《超临界流体的一切》,2002 年
例)
提取:超临界二氧化碳的溶解度参数(SP值)根据温度和压力而变化,从而可以选择性地提取和分离植物细胞中所含的有用成分。
清洗干燥:超临界二氧化碳不具有液体的表面张力,可瞬间清洗干燥,且不会使微结构图案变形。
例如:硅晶片、导管、气凝胶等。
超临界流体色谱法 (SFC):使用超临界流体作为流动相的色谱法,比传统 HPLC 分离速度更快。