一、概述:
由于超臨界流體的這些良好的性能,作為熱敏性物質分離純化方法和產品分析及測定的手段,超臨界流體已廣泛應用于食品工業、醫藥工業、日用化工、石油化工、農藥、林產工業、煙草工業、環境保護等方面。近年來,人們對超臨界流體的研究不斷深入,應用領域不斷拓寬。目前超臨界流體的應用已不僅在分離、分析方面,而且已經深入到化學反應、涂料工業、超細材料的制備、材料加工、建筑材料、超濾、皮革工業等各方面。超臨界技術正展現出其廣闊的應用前景。
超臨界流體的應用并不是由人類首先發明的(嚴格的講:超臨界流體是指一種壓力和溫度都高于熱力學臨界點的流體,而只有壓满堂彩于臨界點但是溫度低于臨界點的流體實際上屬于壓縮流體,然而,在現在大部分論文中,超臨界流體的定義包含了超臨界流體和壓縮流體的概念)自然界通過近臨界點或者超臨界水溶液處理巖石已經有幾十億年的歷史了。
二、現階段主要的超臨界流體技術包括:
1.超臨界流體的萃取(Supercriticalfluidextraction,SFEC)與分離
超臨界流體的萃取是指通過利用超臨界流體的特性,通過控制溫度、壓力來調節流體性質,進而對物質進行有選擇的溶解、分離的過程。
2.超臨界流體制備超細微顆粒
超臨界溶液快速膨脹(rapidexpansionofsupercriticalsolutions,簡稱RESS)技術就是利用超臨界流體為溶劑,在超臨界條件下直接溶解固體溶質,然后,在適當的溫度下通過微細噴嘴使該溶液快速膨脹的過程。
氣體抗溶劑再結晶技術(gasantisolventrecrystallization,簡稱GAS)是一種以超臨界或近臨界流體作為稀釋劑的重結晶技術超臨界流體反應技術:超臨界流體的傳質性能遠優于普通溶劑,以其為介質反應速度非常快,所產生的母體的溶解度又很小,這樣可以產生很高的過飽和度,通過控制壓力和溫度等條件,可以控制反應速度,獲得粒度、形狀不同的超細微粒。
超臨界流體干燥技術:利用超臨界流體特殊的溶解能力,除去凝膠中的水分或溶劑,采用超臨界流體干燥時,由于不存在氣-液接口,可避免凝膠在干燥過程中的收縮與塌陷,而且抑制了毛細管力引起的團聚,可制得多孔、高比表面積、分散良好的超細微粒。
超臨界流體反膠團或微乳法制備超細顆粒:當含有反應物的2個反膠團或微乳混合后,由于膠團的碰撞,在反膠團或微乳顆粒間發生質量傳遞。
3.超臨界水氧化(supercriticalwateroxidation,SCWO)
技術是以水為介質,利用在超臨界條件(T>374℃,P>22.1MPa)下不存在氣液界面傳質阻力來提高反應速率并實現完全氧化。優點是被處理的有機物和水在超臨界條件下完全互溶。
4.超臨界流體的化學反應
超臨界相中的F-T合成反應:Fischer-Tropsch合成反映以CO和H2為原料,在固體催化劑上合成從甲烷到高分子質量的蠟等分子質量范圍很寬的烴類混合物脂肪酶催化的立體選擇性反應:在超臨界流體二氧化碳中,脂肪酶催化反應的應用主要是脂肪酶催化反應在具有生物活性手性化合物的合成過程中,有控制立體選擇性的能力還包括:聚合反應,催化反應,高分子聚合,超臨界中的加氫反應,超臨界中的異構化反應等。
5.與分析技術的結合應用
超臨界流體色譜將SCF用于色譜技術便發展形成了超臨界流體色譜,它是20世紀80年代迅速發展起來的一種新型色譜,揉合了GC2的高速和HPLC的高選擇性,成為分析難揮發、易熱解高分子物質的有效快速方法還包括:超臨界流體萃取與氣相色譜的聯用,超臨界流體萃取與超臨界流體色譜的聯用,超臨界萃取色譜與毛細管電泳的聯用,超臨界流體色譜與液相毛細管色譜的聯用等技術。
6.超臨界技術與宇宙科學和航天技術
地球核心、太陽核心、白矮星核心及天體黑洞源等均屬于超臨界流體,地球上發生的地震、火山爆發、太陽磁爆風及宇宙射線對地面通訊電磁波的干擾,這些人類無法抗拒的自然現象與超臨界流體相平衡相關。
7.超臨界技術與生命科學
目前更現實的是用超臨界二氧化碳處理人體骨骼及血液,可解決骨移植和輸血安全性問題。再者是用超臨界二氧化碳循環處理人體血液,對血液進行脫脂、滅殺血液中的病毒及寄生蟲卵,可用于治療一些疑難重病。