第二节超临界流体

超临界流体技术原理超临界流体技术是一种在高压和高温条件下利用流体的性质进行实验和应用的技术方法。

超临界流体是指在临界点以上的温度和压力条件下存在的物质状态，具有介于气体和液体之间的性质。

超临界流体技术在化学工业、材料科学、能源领域等各个领域都具有广泛的应用前景。

本文将介绍超临界流体技术的原理及其在不同领域中的应用。

一、超临界流体的原理超临界流体是指在临界点以上的温度和压力条件下，物质处于气液临界态，具有与常规流体截然不同的性质。

超临界流体的原理基于以下几个重要特性：1. 高溶解性：超临界流体具有极高的溶解性能，可溶解多种有机物质，包括一些传统溶剂无法溶解的物质。

这归因于超临界流体的密度和黏度变化幅度大，而且与其它流体性质相比，超临界流体的介质分子间作用力较小。

2. 可逆性：超临界流体的性质具有可逆性，即在改变温度和压力的条件下，可以实现物质的溶解和分离。

这一特性使得超临界流体技术在催化剂的制备、化合物的提取和纯化等领域有着独特的优势。

3. 调控性：超临界流体的性质可以通过调控温度和压力来改变。

通过调节温度和压力的变化，可以实现对超临界流体的物理和化学性质的精确控制，从而实现对物质的选择性提取和分离。

二、超临界流体技术在化学工业中的应用1. 超临界流体萃取技术：超临界流体萃取技术是指利用超临界流体的溶解性和可逆性进行物质的提取和分离。

常用的超临界流体包括二氧化碳、甲烷等。

超临界流体萃取技术在化学工业中广泛应用于天然产物提取、催化剂制备等领域，具有高效、环保的特点。

2. 超临界干燥技术：超临界干燥技术是利用超临界流体的溶解性进行湿物质的干燥。

相比传统的热空气干燥方法，超临界干燥技术具有高效、快速、无残留溶剂等优势，被广泛应用于食品工业、制药工业等领域。

三、超临界流体技术在材料科学中的应用1. 超临界流体沉积：超临界流体沉积是利用超临界流体的高溶解性和低黏度特性进行材料的制备。

通过控制温度和压力等条件，可以实现对沉积速率、晶体结构等参数的精确控制，从而制备出各种功能材料。

超临界流体超临界二氧化碳纯净的物质随着温度和压力的变化，会呈现出气体、液体或固体不同的物理状态；当到达某个特定的温度和压力时，物质的气、液界面会消失，此时的温度称为临界温度T，而压力称为临界压力P超临界流体（SCF）就是温度和压力处于临界点以上的流体超临界流体是一种兼具气体和液体物理性质的独特流体。

它本质上仍是一种气态，但又不同于常规意义上的气体，而是一种稠密的气态。

超临界流体的密度与液体相似，粘度和扩散能力与气体相似，表面张力近似于零，有利于流体的传质和传热。

此外，超临界流体的介电常数对压力非常敏感，可以通过改变压力来调控超临界流体溶解不同极性的物质。

超临界流体还具有较强的可压缩性，略微地调节温度和压力就能改变超临界流体的物理性质超临界二氧化碳（scCO2）是应用最为广泛的一种。

因为scCO2除了拥有超临界流体本身所具有的渗透性能好、传质系数高等特点之外，还拥有以下优点：（1）CO2达到超临界状态的条件很温和，只需温度超过31.1 °C、压力超过7.38MPa，CO2就会转变为scCO2；（2）CO2来源广泛，价格低廉，并且无色、无毒、无臭、无害，具有优异的化学稳定性，不会发生燃烧和爆炸；（3）scCO2在聚合物熔体中具有较高的扩散性和溶解度，对聚合物熔体有较强的增塑作用，从而能显著降低熔体黏度，提高熔体的流动性；（4）scCO2能轻易从产物中脱除，完全省去了使用传统溶剂带来的复杂的后处理工序，并且还能实现对CO2的回收利用；（5）CO2分子成对称结构，极性较弱，它能溶解非极性或极性较弱的物质，可以作为反应介质或萃取剂；若要溶解无机盐类或极性较强的物质，需要在scCO2中加入一些极性共溶剂（如乙醇）来改善它的极性。

1.3 scCO2在聚合物发泡中的应用聚合物发泡材料是指以聚合物（塑料、橡胶、弹性体或天然高分子材料）为基体而内部含有无数气泡的多孔材料，也可以视为以气体为填料的复合材料。

超临界流体及应用
超临界流体是指在高于其临界温度和临界压力的条件下存在的流体状态。

在这种状态下，流体既具有气体的低粘度和高扩散性，又具有液体的高介电常数、高溶解度和高密度。

超临界流体的独特性质使其在许多领域具有广泛的应用。

以下是超临界流体的一些应用：
1. 超临界流体萃取：超临界流体可用于从植物、动物和微生物中提取活性成分，例如药物、香料和色素。

它具有高溶解度和高扩散性，同时可以通过调节温度和压力来控制溶解度和选择性，使其在提取过程中更有效。

2. 超临界流体喷雾干燥：超临界流体喷雾干燥是一种将溶解的物质通过喷雾干燥技术从溶液中快速转化为颗粒状态的方法。

超临界流体可提供高扩散性和低表面张力，使其在干燥过程中能够更好地保持产物的颗粒性质。

3. 超临界流体反应：超临界流体中的反应速率通常比常规液相反应快。

超临界流体中的反应可以控制温度、压力、物质质量传递和催化剂的活性，因此被广泛应用于有机合成、催化反应和材料合成等领域。

4. 超临界流体色谱：超临界流体色谱是一种使用超临界流体作为流动相的色谱技术。

与传统的液相色谱相比，超临界流体色谱具有更高的扩散系数和较低的粘度，从而提高了分离效果和分析速度。

5. 超临界CO2的应用：超临界CO2是最常见和广泛应用的超临界流体之一。

它被用于金属的清洗、涂层、材料的制备、催化剂的合成和液体废弃物的处理等多个领域。

超临界流体的独特性质使其在化工、生物工程、材料科学等领域具有广泛的应用潜力。

随着对超临界流体的研究和理解的深入，将有更多创新的应用出现。

超临界流体的特征超临界流体是指介于气态和液态之间的物质状态，具有很多独特的物理和化学特性。

它们中的大多数都是常见的物质，如水和二氧化碳，具有各种应用领域，例如工业、地球科学和医药等。

在本文中，将探讨超临界流体的特征，包括其定义、形成过程、特性以及应用领域。

1. 超临界流体的定义超临界流体是指介于气态和液态之间的物质状态，当温度和压力超过某个临界值时，具有超出其正常气体和液体状态的物理和化学特性。

超临界流体在气态和液态之间的状态使得它们可以同时具有气体和液体的特点。

2. 超临界流体的形成过程当物质受到高压和高温的作用时，其分子会发生变化，变得和常见的气体或液体不同。

在超过其临界点时，单个物质可以同时具有气体和液体的特性。

通过这种方式，物质的密度、粘度、渗透性和扩散性等特性都会发生变化。

3. 超临界流体的特性超临界流体具有很多独特的物理和化学特性，可以应用于许多领域。

其中一些特性包括：（1）高溶解度。

超临界流体具有高的溶解度和扩散性，可以被用于提取和分离目标化合物。

（2）温和反应条件。

超临界反应条件相当温和，因此它们被广泛应用于化学合成和生物制药等领域。

（3）可调节的密度和粘度。

物质可以通过控制温度和压力来改变其密度和粘度，这对于分离和提取化合物非常有用。

（4）柔和的操作环境。

超临界流体操作相当柔和，不需要使用有毒有害的溶剂和化学药品。

4. 超临界流体的应用领域超临界流体可以在许多领域中应用，包括化学、工业、地球科学和医药等。

例如：（1）提取和分离化合物。

超临界流体可以用于提取生物活性化合物，例如天然产物和药品等。

（2）反应条件的控制。

超临界反应条件温和，可以控制反应速率和选择性。

（3）纳米材料的合成。

通过超临界制备，可以合成纳米粒子和纳米纤维等纳米材料。

（4）地球化学。

超临界流体被用来研究地球物理学和地球化学过程，例如地下水和油藏。

总之，超临界流体具有独特的物理和化学特性，可以应用于许多领域。

这些特性包括高的溶解度、温和的反应条件、可调节的密度和粘度以及柔和的操作环境。

超临界流体工作原理超临界流体是一种特殊的物质状态，具有独特的工作原理。

在超临界流体的应用领域，如化工、能源、环保等领域，了解其工作原理对于优化设计和提高效率具有重要意义。

本文将详细介绍超临界流体的工作原理，并探讨其在实际应用中的优势和挑战。

一、超临界流体的定义和特性超临界流体是介于气体和液体之间的状态，其温度和压力高于临界温度和临界压力。

在超临界状态下，物质的密度和溶解能力显著增强，同时具有气体和液体的特性。

超临界流体具有高扩散性、低粘度、可逆性等特点，这些特性使其在化工领域有广泛的应用前景。

二、超临界流体的工作原理超临界流体的工作原理主要涉及两个方面：物质状态的改变和传质动力学过程。

1. 物质状态的改变在超临界状态下，物质的密度和溶解能力显著增强，导致其物理性质发生了显著变化。

以超临界二氧化碳为例，当温度高于31.1摄氏度，压力高于7.38MPa时，二氧化碳由气体转变为超临界流体状态。

超临界流体的密度与压力关系不再遵循气体状态方程，而是受到物质的组成、温度和压力等因素的综合影响。

2. 传质动力学过程超临界流体以及超临界流体中的溶质在流动过程中表现出与传统流体不同的传质性能。

超临界流体具有较高的溶质扩散性能和渗透能力，能够渗透到固体颗粒内部，实现有效的质量传递和反应。

此外，超临界流体对于溶解、吸附等反应过程的控制也更加灵活，可通过调节温度、压力和溶质浓度等参数实现精确的控制。

三、超临界流体的应用超临界流体具有独特的物理性质和传质特性，因此在多个领域有着广泛的应用。

1. 化学合成与催化超临界流体在化学合成和催化反应中可作为优良的溶剂和反应介质。

超临界流体具有较好的传质性能，可提高反应速率、增加溶质溶解度，同时避免了传统有机溶剂的环境问题和废弃物处理难题。

2. 材料制备与加工超临界流体在新材料制备和加工领域有着广泛应用。

通过超临界流体的溶解和渗透能力，可以实现对纳米材料的制备、表面改性和组装。

此外，超临界流体还可用于材料的成膜、纳米颗粒的制备等过程。

超临界流体
超临界流体（supercritical fluid）温度、压力高于其临界状态的流体。

温度与压力都在临界点之上的物质状态归之为超临界流体。

超临界流体具有许多独特的性质，如粘度小、密度、扩散系数、溶剂化能力等性质随温度和压力变化十分敏感：粘度和扩散系数接近气体，而密度和溶剂化能力接近液体。

超临界流体由于液体与气体分界消失，是即使提高压力也不液化的非凝聚性气体。

超临界流体的物性兼具液体性质与气体性质。

它基本上仍是一种气态，但又不同于一般气体，是一种稠密的气态。

其密度比一般气体要大两个数量级，与液体相近。

它的粘度比液体小，但扩散速度比液体快(约两个数量级)，所以有较好的流动性和传递性能。

它的介电常数随压力而急剧变化(如介电常数增大有利于溶解一些极性大的物质)。

另外，根据压力和温度的不同，这种物性会发生变化。

超临界流体‎的定义温度及压力‎均处于临界‎点以上的液‎体叫超临界‎流体(super‎c riti‎c al fluid‎)。

超临界流体‎的性质它基本上仍‎是一种气态‎,但又不同于‎一般气体,是一种稠密‎的气态。

其密度比一‎般气体要大‎两个数量级‎,与液体相近‎。

它的粘度比‎液体小,但扩散速度‎比液体快(约两个数量‎级),所以有较好‎的流动性和‎传递性能。

它的介电常‎数随压力而‎急剧变化(如介电常数‎增大有利于‎溶解一些极‎性大的物质‎)。

超临界流体‎百科名片超临界流体‎超临界流体‎具有许多独‎特的性质，如粘度小、密度、扩散系数、溶剂化能力‎等性质随温‎度和压力变‎化十分敏感‎：粘度和扩散‎系数接近气‎体，而密度和溶‎剂化能力接‎近液体。

目录超临界流体‎的定义超临界流体‎的性质超临界流体‎的优点超临界流体‎的应用原理‎超临界流体‎的应用常见临界点‎超临界流体‎的发展史展开编辑本段超临界流体‎的定义纯净物质要‎根据温度和‎压力的不同‎，呈现出液体‎、气体、超临界气体‎萃取三种典‎型流程固体等状态‎变化，如果提高温‎度和压力，来观察状态‎的变化，那么会发现‎，如果达到特‎定的温度、压力，会出现液体‎与气体界面‎消失的现象‎该点被称为‎临界点，在临界点附‎近，会出现流体的密度、粘度、溶解度、热容量、介电常数等‎所有流体的‎物性发生急‎剧变化的现‎象温度及压力‎均处于临界‎点以上的液‎体叫超临界‎流体(super‎c riti‎c al fluid‎，简称SCF‎)。

例如:当水的温度‎和压强升高‎到临界点(t=374.3 ℃，p=22.05 MPa)以上时，就处于一种‎既不同于气‎态，也不同于液‎态和固态的‎新的流体态‎──超临界态，该状态的水‎即称之为超‎临界水。

编辑本段超临界流体‎的性质超临界流体‎由于液体与‎气体分界消‎失，是即使提高‎压力也不液‎化的超临界流体‎萃取中药非凝聚性气‎体。

超临界流体‎的物性兼具‎液体性质与‎气体性质。

超临界流体的原理和应用1. 超临界流体的定义超临界流体是介于气体和液体之间，在超临界状态下具有特殊物理化学性质的流体。

超临界流体的温度和压力超过了临界点，呈现出介于气态和液态之间的特性。

2. 超临界流体的原理超临界流体的原理主要涉及以下两个方面：2.1 临界点的概念临界点是指在一定的温度和压力下，物质的气液两相没有区别，具有相同的密度和物化性质。

在临界点之上，物质会呈现出介于气态和液态之间的物态。

2.2 超临界状态的特性超临界流体具有以下特性： - 密度可调节：超临界流体的密度可通过调节温度和压力来控制，从而实现物质的稠度调节。

- 扩散性好：超临界流体具有较高的扩散性，可以有效地溶解和传递溶质。

- 温和的操作条件：超临界流体的操作温度和压力相对较低，能够避免对物质产生不可逆的影响。

3. 超临界流体的应用超临界流体在许多领域都有广泛的应用。

以下是其中一些主要应用：3.1 超临界流体萃取技术超临界流体萃取技术是一种有效的分离和纯化技术，主要应用于天然产物提取、药物纯化、垃圾处理等领域。

超临界流体萃取技术具有高效、环保、可控性好等优点。

3.2 超临界流体催化反应超临界流体可以提供较高的扩散性和反应速率，并能够调控反应温度和压力，从而在催化反应中起到重要作用。

超临界流体催化反应在化学工程、能源领域有重要应用。

3.3 超临界流体喷雾干燥技术超临界流体喷雾干燥技术是一种高效、无损、可控的干燥技术，主要应用于食品、药品、材料等领域。

超临界流体喷雾干燥技术可以获得均匀细小的颗粒，具有良好的溶解性和稳定性。

3.4 超临界流体制备纳米材料超临界流体在纳米材料的制备中具有重要作用。

通过调节超临界流体的温度和压力，可以控制纳米材料的尺寸、形状和结构。

超临界流体制备纳米材料具有较好的可控性和一步法合成的优势。

3.5 超临界流体在化学分析中的应用超临界流体在化学分析中可以作为萃取剂、溶剂和反应介质等使用。

超临界流体在化学分析中具有高效、准确、环保等优点。

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。

特性
总体而言，超临界流体的属性介于气体和液体之间。

在表1中，显示一些常用作超临界流体的化合物之临界性质。

在超临界流体中没有液体及气体之间的相界限，因此不存在表面张力，借由改变流体的压力和温度，可以微调超临界流体的特性，使其更类似液体或是气体。

物质在流体中的溶解度即为重要特性之一，在固定温度条件下，溶解度会随流体密度增加而增加。

由于密度也是随压力增加而增加，因此在压力增加时，溶解度也会增加。

溶解度和温度的关系比较复杂，在固定密度条件下，溶解度会随温度增加而增加，
但靠近临界点时，温度轻微的增加会造成密度的大幅下降。

因此靠近临界点时，随着温度上升，溶解度会先下降，然后再上升[2]。

二种以上的超临界流体，只要温度及压力超过其临界点，二者均可以混溶，形成单一相的混合物。

二元混合物的临界点可以用二超临界流体的临界温度及临界压力，再配合加权平均求得：
T c(mix) = （A的莫耳分率）x A的T c + （B的莫耳分率）x B的T c 若要有更高的准确度，临界点可以用像是彭-罗宾逊物态方程式之类的状态方程求得，或是用基团贡献（group contribution）法求得，像密度之类的其他性质，也可以用状态方程来计算[3]。

超临界流体萃取。

超临界流体技术工作原理超临界流体技术，作为一种强大而又独特的工艺技术，被广泛应用于许多领域，如化工、能源、材料等。

本文将介绍超临界流体技术的工作原理和其在不同领域的应用。

一、超临界流体的定义和特性超临界流体是指温度和压力都超过其临界点的流体状态。

临界点是指液体和气体的临界温度和临界压力的交汇点。

在超临界状态下，流体的密度和粘度都显著减小，使其具备了特殊的物理和化学性质。

超临界流体具有以下特性：1. 较低的粘度和表面张力：超临界流体的粘度和表面张力远远低于常规液体，在流动和扩散过程中表现出优异的性能。

2. 较高的溶解力：由于超临界流体的密度较低，相对分子间的距离增大，使得其溶解能力更强，可以溶解更多的物质。

3. 可控的扩散性：超临界流体具有可调节的扩散性，可通过调节温度和压力来控制物质的扩散速率。

4. 易于回收：超临界流体在工艺操作结束后，通过降压冷却即可恢复为常温常压下的液体，易于回收利用。

二、超临界流体技术的工作原理超临界流体技术的工作原理基于超临界流体的特性，利用流体在超临界状态下的物理和化学性质进行工艺处理。

其主要原理包括溶解、萃取、反应和纳米粒子制备等。

1. 溶解：超临界流体在高压和高温下具有较高的溶解能力，可用于溶解固体物质或液体物质。

通过溶解过程，物质能够更均匀地分散在流体中，便于后续的处理和利用。

2. 萃取：超临界流体对不同物质具有不同的溶解能力，可用于有选择地提取目标物质。

以超临界二氧化碳为例，可以用于从天然植物中提取有效成分，如植物精油、天然色素等。

3. 反应：超临界流体的物理和化学性质可调节，可以提供适宜的反应条件。

通过在超临界条件下进行化学反应，可以实现高效、低能耗的反应过程，提高产品产率和质量。

4. 纳米粒子制备：超临界流体可用于制备纳米粒子。

通过调节温度、压力和溶液浓度等参数，使物质在超临界流体中形成亚微米级别的胶束，进而制备纳米颗粒。

三、超临界流体技术的应用超临界流体技术在众多领域具有广泛的应用，以下为几个典型的应用领域。

超临界流体
在一定温度和压力下，可以把二氧化碳加热到极高的温度，它就会转变成无色、无味而且没有毒性的液态气体。

这种状况称为“超临界”。

所谓超临界是指其相对密度在2．96以上时才出现。

我们知道水的比重大于4，属于不同压力和密度范围内的超临界流体;从常温20 ℃加热至70 ℃，水分解生成氢和氧的混合物(俗称水煤气)，也归入此类;再继续升温则进行两个循环——蒸发吸热与冷凝放热等反应后即达到100 ℃以上，此时由于出现超临界情形，故叫做超临界流体。

- 1 -。

超临界流体超临界流体定义为：任何一种物质都存在三种相态-气相、液相、固相。

三相成平衡态共存的点叫三相点。

液、气两相成平衡状态的点叫临界点。

在临界点时的温度和压力称为临界压力。

不同的物质其临界点所要求的压力和温度各不相同。

在临界点附近，流体的密度、粘度、溶解度、热容量、介电常数等物性会出现急剧变化的现象。

温度及压力均处于临界点以上的液体叫超临界流体(supercritical fluid，简称SCF)。

例如:当水的温度和压强升高到临界点(t=374.3 ℃，p=22.05 MPa)以上时，就处于一种既不同于气态，也不同于液态和固态的新的流体态──超临界态，处于该状态的水，即称之为超临界水。

超临界流体的特性：超临界流体由于液体与气体分界消失，是即使提高压力也不液化的非凝聚性气体超临界流体的物性兼具液体性质与气体性质。

即，密度大大高于气体，粘度比液体大为减小，扩散度接近于气体。

另外，根据压力和温度的不同，这种物性会发生变化，因此，在提取、精制、反应等方面，越来越多地被用来作代替原有有机溶媒的新型溶媒使用。

例如，水的密度、离子、介电常数等以临界温度374℃为分界，发生急剧的变化。

特别是在常温状态下极性溶媒－水的介电常数到了临界点以上会急剧减小，超临界水的介电常数减小到与有机溶媒相同的水平。

由于这种特性，水在超临界状态，便具有与有机溶媒相同的特性，变成了可以与有机物完全混合的状态。

热容量值有较大变化，这也是临界点非常独特的特性之一。

临界点的热容量值急剧上升，几乎达到了无限大，然后再减小，如果恰当地利用这种特性，将能够得到一种非常优秀的热媒体。

目前研究较多、应用最广的超临界流体是二氧化碳，因其具有无毒、不燃烧、对大部分物质不反应、临界温度低与价格便宜等优点。

在超临界状态下，CO2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成比例，所以可通过控制温度和压力改变物质的溶解度。