超临界流体.doc

超临界流体：新世纪新概念
超临界流体技术自上世纪70年代开始崭露头角，随后便以其环保、高效等显著优势轻松超越传统技术，迅速渗透到萃取分离、石油化工、化学反应工程、材料科学、生物技术、环境工程等诸多领域，并成为这些领域发展的主导之一。今后，随着人们对于超临界流体技术认识和研究的进一步深化，这一新兴技术必将得以更广泛和深入的应用，而超临界流体技术本身也必将对人类科技进步和经济发展产生深远的影响。超临界流体是温度和压力同时高于临界值的流体，亦即压缩到具有接近液体密度的气体。超临界流体的密度和溶剂化能力接近液体，粘度和扩散系数接近气体，在临界点附近流体的物理化学性质随温度和压力的变化极其敏感，在不改变化学组成的条件下，即可通过压力调节流体的性质。当前，超临界流体技术已在许多领域得以广泛应用。超临界萃取与分离超临界萃取是最早研究和应用的超临界技术之一，适用于食品和医药工业。在美国和欧洲，年生产能力上万吨的茶叶处理和脱咖啡因工厂早已投入生产，啤酒花有效成分、香料等的萃取在不少国家已达到产业化规模。超临界萃取技术在药物、保健品提取等方面的研究和应用也取得了较大进展，美国科学家已开始用超临界CO2从植物中提取抗癌药物，从油子中提取保健品。超临界萃取技术在其它方面也有着广泛的应用前景。如金属与适当配位体生成络合物后，可以溶解于超临界CO2。利用这一性质，可以将一些金属直接从固体和液体中提取出来，不需任何前处理过程，为金属的提取和分离提供了新的途径。同时，人们还可以借助超临界萃取技术，根据聚合物分子量、结构和化学组成对聚合物混合物进行分离。化学反应工程超临界流体作为介质或反应物已引起化学家的极大兴趣，因为环境友好的超临界流体（如超临界CO2、超临界H2O等）有望取代有害的有机溶剂。超临界流体中的反应具有许多特点，如反应速率、产率、选择性等可用压力调节，可将非均相反应变成均相反应，改善非均相反应的传质速度，用环境友好溶剂取代有害溶剂，可将化学反应与分离过程结合起来等。传统的聚合反应常常需要在有害的有机溶剂中进行，近年来，在超临界CO2中的聚合反应引起人们的极大兴趣，包括均相聚合反应、沉淀聚合反应、分散聚合反应、乳液聚合反应等。氢气在液体中溶解度很低，这对传统的加氢反应极为不利，但氢气和许多有机物都可以同时溶于超临界流体（如超临界CO2）。因此，在超临界流体中进行加氢反应便可以消除气体和液体间传质对反应速度的影响。目前，在超临界CO2中的加氢反应和CO2自身的加氢反应研究已有报道。颗粒制备微细颗粒制备是化工领域的一个重要研究课题，近年来，超临界流体技术在这方面的应用已日益受到关注。日前主要有快速膨胀法、抗溶剂法和压缩抗溶剂法等。快速膨胀法是将溶质溶解于超临界流体，溶液通过一个特制的喷嘴快速膨胀。由于在很短时间内溶液变成高度过饱和溶液，形成大量的晶核，因而生成微小的、粒度均匀的颗粒，并且颗粒的性质可以用温度、压力、喷嘴口径大小、流体喷出速度等调节。抗溶剂法的基础是许多物质可溶于有机溶剂，但不溶于气体或某些超临界流体。同时，在高压下CO2等气体在许多有机溶剂中的溶解度很大，使溶剂的体积膨胀。因此气体或超临界流体溶解后，将使溶剂溶解溶质的能力降低，进而在适当条件下使溶质部分或全部沉淀析出，此过程称为抗溶剂过程。在抗溶剂过程中，沉淀析出产物的性质（粒度大小、晶型等）可以通过压力、温度、气体的溶解速度等进行调节。抗溶剂技术在天然产物分离、炸药破碎、药物颗粒制备、无机物重结晶等许多方面都有应用，用此技术可以制备药物－聚合物混合物微球，能实现药物的可控释放，还可以制备颗粒均匀、不同形态的产品，并且产品的性质可以较容易地控制和调节。压缩抗溶剂法与抗溶剂法类似，是将含有某种溶质的溶液喷入超临界流体，溶剂与超临界流体互溶后，其溶解溶质的能力降低，因此溶质部分或全部沉淀出来。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。添加剂在固体中的嵌入在实际生产中，常常需要将一些小分子物质嵌入到固体中去。超临界流体扩散系数大，并且具有溶解某些溶质的能力，流体中溶解的溶质可以较容易地扩散到多微孔固体中去。压力降低后，大部分溶质留在微孔中，而超临界流体不残留在微孔中，因此可以实现多微孔固体的插嵌。另一方面，超临界流体可以使高分子材料膨胀，形成微孔。利用这一特性，人们已成功地将不同的添加剂与高分子混合，实现了高分子材料的改性或功能化。这种方法具有添加剂分布均匀、可在常温下进行操作等优点。利用此方法，可将香料、防害虫药物和其它药物嵌入高分子载体，还可以将单体和引发剂与高分子混合，而后单体在高分子基体内聚会形成高分子共混物，制备一些通常条件下难以制备的高分子共混物。除此之外，超临界流体技术还可以用于进行环境保护和治理，包括从土壤