出来.此技术已成功地应用于微球制备及多微孔纤维和空心纤维的制备,以及药物分子与聚合物共沉淀等方面,取得了良好的效果.
8.超临界流体干燥
9.超临界流体水氧化 10.在萃取中的应用
(1)超临界流体萃取定义,原理
超临超临界流体(SCF)是指物体处于其临界温度(Tc)和临界压力(Pc)以上状
态时,向该状态气体加压,气体不会液化,只是密度增大,具有类似液体的性质,同时还保留气体的性能。
超临界流体兼具气体和液体的优点,其密度接近于液体,溶解能力较强,而黏度与气体相近,扩散系数远大于一般的液体,有利于传质。另外,超临界流体具有零表面张力,很容易渗透扩散到被萃取物的微孔内。因此,超临界流体具有良好的溶解和传质特性,能与萃取物很快地达到传质平衡,实现物质的有效分离。 超临界流体萃取分离的原理 超临界流体萃取分离过程是利用其溶解能力与密度的关系,即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下,流体与待分离的物质接触,使其有选择性地依次把极性大小、沸点高低和分子质量大小的不同成分萃取出来。然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体,被萃取物质则自动完全或基本析出,从而达到分离提纯的目的,并将萃取分离的两个过程合为一体。界流体(supercritical fluid,简称sf或scf)是指超临界温度(tc)和
临界压力(pc)状态下的高密度流体超临界流体对物质进行溶解和分离的过程就叫超临界流体萃取(supercritical fluid extraction,简称sfe)。其基本原理为:co2的临界温度(tc)和临界压力(pc)分别为31.05℃和7.38mpa,当处于这个临界点以上时,此时的co2同时具有气体和液体双重特性。它既近似于气体,粘度与气体相近;又近似于液体,密度与液体相近,但其扩散系数却比液体大得多。是一个优良的溶剂,能通过分子间的相互作用和扩散作用将许多物质溶解。同时,在稍高于临界点的区域内,压力稍有变化,即
引起其密度的很大变化,从而引起溶解度的较大变化。因此,超临界co2可以从基体中将物质溶解出来,形成超临界co2负载相,然后降低载气的压力或升高温度,超临界co2的溶解度降低,这些物质就沉淀出来(解析)与co2分离,从而达到提取分离的目的。不同的物质由于在co2中的溶解度不同或同一物质在不同的压力和温度下溶解状况不同,使这种提取分离过程具有较高的选择性。
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 extrac-ion,SPE)是一项新型提取技术,超临界流体萃取技术就是利用超临界条件下的气体作萃取剂,从液体或固体中萃取出某些成分并进行分离的技术。
超临界条件下的气体,也称为超临界流体(SF),是处于临界温度(Tc)和临界压力(Pc)以上,以流体形式存在的物质。通常有二氧化碳(CO2)、氮气(N2)、氧化二氮(N2O)、乙烯(C2H4、三氟甲烷(CHF3)等。
超临界流体萃取的基本原理:当气体处于超临界状态时,成为性质介于液体和气体之间的单一相态,具有和液体相近的密度,粘度虽高于气体但明显低于液体,扩散系数为液体的10~100倍,因此对物料有较好的渗透性和较强的溶解能力,能够将物料中某些成分提取出来。并且超临界流体的密度和介电常数随着密闭体系压力的增加而增加,极性增大,利用程序升压可将不同极性的成分进行分部提取。提取完成后,改变体系温度或压力,使超临界流体变成普通气体逸散出去,物料中已提取的成分就可以完全或基本上完全析出,达到提取和分离的目的。 物质的四种状态(固态、液态、气态和超临界状态)随着它的温度和压力而改变。以CO2为例,CO2在三相点(T)上,固、液、气三相共存的温度T(tr)为-56.4℃(217K),压力P(tr)为5.2×105Pa。CO2的蒸气压线终止于临界点C(Tc=31.3℃,Pc=73.8×105Pa,ρc=0.47 g/cm3)。超过临界点以上,液气两相的界面消失,
成为超临界流体(SF)[2]。SF的扩散系数(~10-4cm2/s)比一般液体的扩散系数(~10-5cm2/s)高一个数量级,而它的粘度(~10-4N s/m2)要低于一般液体(~10-3Ns/m2)一个数量级。与液-液萃取系统相比,SF系统具有较快的质量传递和萃取速度。因此能有效地穿入固体样品的空隙中进行萃取分离。SF的密度随着温度和压力改变,导致它的溶解度参数(solubility parameter)的改变。在较低的密度下,SF-CO2的溶解度参数接近己烷;在较高的密度下,它可接近氯仿。因此控制SF的密度(温度和压力),可获得所需要的溶剂强度。这种能力使得SF可任意改变溶剂强度而适合于不同的溶质。一般而论,SF能有效地溶解非极性固体,它亦能按溶质的极性做选择性的萃取,这在分离和分析化学的领域用途很广。
CO2具有较低的临界温度和压力,且价格便宜,无毒,具有较低的活性,因此SF-CO2常被用来萃取非极性和略有极性的物质。
在超临界状态下,流体兼有气 液两相的双重特点,既具有与气体相当的高扩散系数和低粘度,又具有与液体相近的密度和对物质良好的溶解能力。其密度对温度和压力变化十分敏感,且与溶解能力在一定压力范围内出成比例,故可通过控制温度和压力改变物质的溶解度。超临界流体已用于药物的提取合成分析及加工。
(2),超临界流体萃取与化学法萃取相比有以下突出的优点:
·可以在接近室温(35-40℃)及CO2气体笼罩下进行提取,有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散。因此,在萃取物中保持着药用植物的全部成分,而且能把高沸点,低挥发度、易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来;
·使用SFE是最干净的提取方法,由于全过程不用有机溶剂,因此萃取物绝无残留溶媒,同时也防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染,是100%的纯天然;
·萃取和分离合二为一,当饱含溶解物的CO2-SCF流经分离器时,由于压力下降使得CO2与萃取物迅速成为两相(气液分离)而立即分开,不仅萃取效率高而且能耗较少,节约成本;
·CO2是一种不活泼的气体,萃取过程不发生化学反应,且属于不燃性气体,无味、无臭、无毒,故安全性好;
·CO2价格便宜,纯度高,容易取得,且在生产过程中循环使用,从而降低成本; ·压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数。通过改变温度或压力达到萃取目的。压力固定,改变温度可将物质分离;反之温度固定,降低压力使萃取物分离,因此工艺简单易掌握,而且萃取速度快。
七,发展前景、
超临界SC-CO2趋势展望
虽然超临界SC-CO2在许多方面已得到应用,但还远没有发挥其应有的作用.这主要是因为目前对超临界流体性质的认识还远远不够.随着认识的深入,超临界SC-CO2势必得到越来越广泛的应用.从目前发展趋势看,超临界技术将在以下方面发挥重要作用:
超临界萃取方面,虽然其发展历史较长,但仍保持其强劲的发展势头,在食品, 医药等工业领域将发挥越来越重要的作用.
化学反应工程方面,环境友好的超临界流体将取代一些有害的有机溶剂,并且使 反应效率更高,甚至有可能得到通常条件下难以得到的产品.
材料科学方面,超临界技术应用前景十分广阔,其中包括聚合物材料加工,不同 微粒的制备,药物的包封,多孔材料的制备,喷涂,印染等等.
环境科学方面,超临界水为有害物质和有害材料的处理提供了特殊的介质.随着 腐蚀等问题的解决,超临界水氧化处理污水,超临界水中销毁毒性及危险性物质 等可能很快实现商业化.另外,超临界SC-CO2在土壤中污染物的清除与分析等方面也具有一定的应用前景.
生物技术方面,超临界技术在蛋白质的提取和加工,细胞破碎中的应用等已引
起重视.
洗涤工业中,超临界流体清洗纺织品,金属零部件等具有许多优点,目前已引起 重视.
八.总结 九、参考文献
[1] 陈秀娟,许国志.SCF在聚合物中应用现状及发展前景[J].中国塑
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additives into polyme玛[J].J Appl Polym Sci,1992,46:231—242. [3]李丹,杨冠英,韩布兴,等.用超临界CO:制备抗静电聚酯薄膜[J].化工冶金,1999,20:305.
[4] 杨斌,唐琦琦,周持兴.利用超临界流体制备功能高分子材料[R].全国高分子学术论文报告会,2005