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什么是超臨界流體?
物質的狀態會從固態變為液態,再變為氣態,但如果壓力和溫度進一步升高,最終它們會變成兼具兩者特性的“超臨界流體"。
超臨界流體兼具液體的高溶解性和氣體的高擴散性,通過控制壓力和溫度,可以促進通常不會發生的反應,溶解并分離不溶性物質。
通過大限度地發揮二氧化碳、水和酒精等超臨界流體的特性,人們期待它們能為食品、能源、環境和醫療等廣泛領域做出貢獻。
水的臨界點為374℃和22.1MPa,這兩個溫度和壓力都高。在這些溫度下,水分子運動劇烈,擁有與氣體分子同樣巨大的動能,同時又擁有與液體相當的高密度,因此極其活躍。
在超臨界水中,反應中的重要參數,如電導率、離子積等都會發生顯著的波動。水本身既有酸性,又有堿性,
表現出與普通水w全不同的性質。它能很好地溶解有機物,但幾乎不溶解任何無機物(油可以溶解,但鹽不溶解)。
由于熱分解和水解在高的溫度下同時且迅速地發生,大多數有機物無需添加常規催化劑或酸堿就能分解成水、二氧化碳、氮氣和其他物質。
<物性比較>
特性 | 氣相 (水蒸氣) | 超臨界相 (超臨界水) | 液相 (水) |
密度[kg/m3] | 1 | 100~1000 | 1000 |
粘度[mPa?s] | 0.01 | 0.1 | 1 |
擴散系數[m2 / s] | 10 -5 | 10-7 ~ 10-8 | <10 -9 |
熱導率[W/mK] | 10 -3 | 10-3 ~ 10-1 | 10 -1 |
例如:它能分解和解毒那些被認為非常穩定的化合物,例如多氯聯苯和二惡英。
二氧化碳的臨界點相對較低,為31℃和7.4MPa,因此非常適合用于提取熱敏性成分和揮發性較強的香氣成分,以及對熱不穩定的功能材料的表面處理和干燥。
由于二氧化碳是一種惰性、無害、非極性的氣體,因此被認為是一種安全的提取介質,可以替代己烷或氯仿。
由于超臨界二氧化碳的溶解度參數(SP值)會隨溫度和壓力而變化,因此僅使用超臨界二氧化碳即可進行選擇性成分的提取和分餾。
參考文獻:Yasuhiko Arai,主管,《超臨界流體的一切》,2002 年
例)
提取:超臨界二氧化碳的溶解度參數(SP值)根據溫度和壓力而變化,從而可以選擇性地提取和分離植物細胞中所含的有用成分。
清洗干燥:超臨界二氧化碳不具有液體的表面張力,可瞬間清洗干燥,且不會使微結構圖案變形。
例如:硅晶片、導管、氣凝膠等。
超臨界流體色譜法 (SFC):使用超臨界流體作為流動相的色譜法,比傳統 HPLC 分離速度更快。
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