超临界流体萃取

1 超临界流体萃取技术的发展和应用

生工0701 胡辰 200722153016

摘要：超临界流体萃取 (SFE)技术是一种新型的环境友好、高效新型的分离技术。通过查阅国内外文献，介绍超临界流体萃取的原理、特点等一些基础知识，并对超临界流体萃取在环境工程、食品、中药、酿酒等4方面应用进行综述，同时对超临界流体技术的应用前景进行了展望。

关键词：超临界流体萃取，超临界CO2流体萃取，环境工程，食品，中药，酿酒，应用，展望

基础篇

超临界流体(supercritical fluid，简称 SCF)是指处于超过物质本身的临界温度和临界压力状态时的流体。超临界流体既具有液体对溶质有较大溶解度的特点，又具有气体易于扩散和运动的特点。更重要的是，超临界流体的许多性质 (如黏度、密度、扩散系数、溶剂化能力等)随温度和压力变化很大，因此对选择性的分离非常敏感。超临界流体萃取法技术就是利用超临界流体为溶剂，从固体或液体中萃取出某些有效组分，并进行分离的一种技术。

超临界流体具有高密度、低粘度、高介电常数及扩散系数大的特性，并有良好的流动和传递性质，还可萃取极性小的物质，有较大的萃取容量。从超临界流体性质看，其具有的特点： 2 (1)萃取速度高于液体萃取，特别适合于固态物质的分离提取；

(2)在接近常温的条件下操作，能耗低于一般精馏萃取，适合于热敏性物质和易氧化物质的分离；

(3)传热速率快，温度易于控制；

(4)适合于挥发性物质的分离

并可结合图1，知：

在临界区附近，任何微小的变化都会造成相关物质的物理或化学性质的剧烈变化。超临界CO2流体的温度和压力的微小变化，都会引起流体体积及密度的大幅度变化。利用超临界流体的特性，在高密度(低温、高压)下萃取分离物质，然后稍微提高温度或降低压力，就可以将萃取剂与待分离物质分离。

超临界流体萃取技术可萃取高沸点、难挥发物质，常用的CO2，其临界温度低、无毒、无臭、无公害，是一种环境友好的分离技术；超临界流体萃取技术具有萃取和分离的双重作用，物料无相变过程因而节能明显，工艺流程简单，萃取效率高，无有机溶剂残留，产品质量好，同时也是一种高效的廉价分类技术。正是由于超临界流体萃取 3 技术具有清洁、安全、高质、高效等诸多优点，它被誉为“超级绿色”技术。因此，作为绿色分离技术的超临界流体萃取技术的发展前景非常广阔。

超临界流体的萃取原理

超临界流体(SCF)是指热力学状态处于临界点(Pc，Tc)之上的流体。SCF是气、液界面刚刚消失的状态点，此时流体处于气态与液态之间的一种特殊状态，具有十分独特的物理化学性质。超临界流体的粘度接近于气体．密度接近于液体，扩散系数介于气体和液体之间，兼有气体和液体的优点，既象气体一样容易扩散，又象液体一样有很强的溶解能力。因而SCF具有高扩散性和高溶解性。在其它条件完全相同的情况下，液体的密度在相当程度上反应了它的溶解能力，而超临界流体的密度与压力和温度有关，随着压力的增大，介电常数和密度增大，超临界流体对物质的溶解能力增大。超临界萃取就是利用SCF在临界点附近体系温度和压力的微小变化，使物质溶解度发生几个数量级的突变性质来实现其对某些组分的提取和分离。通过改变压力或温度来改变SCF的性质，达到选择性地提取各种类型的化合物的目的。

超临界萃取技术主要有两类萃取过程：恒温降压过程和恒压升温过程。不同点在于前者是把SCF经减压后与溶质分离，后者是SCP经加热实现溶质与溶剂分离。溶剂都可以反复循环使用。 常用作SCF的溶剂有CO2、H2O、C2 H 6、C3H6、NH3、甲苯等。其中CO 2是工业上最常用萃取剂，其特点是：a)临界温度低(31.06℃)，萃取可以在室温附近的温和条件下进行，对易挥发组分或生理活性物质极少破坏，适合于天然活性成分的提取。b)临界压力适中(7．14MPa)，操作条件易于达到，在室温下液化压力为4Mpa—6MPa，便于储运。c)安全无毒，尤其适合制药、食品工业，且萃取分离一次完成，无溶剂残留。d)具有化学惰性不可燃，操作安全，价廉易得。

绿色萃取技术：

1、 超临界流体的概念

物质有三种常见状态，气、液、固。物质还有另外的一些状态，如等离子状态、超临界状态等。

超临界流体（SCF）是指在临界压力和临界温度以上的流体。高于临界温度和临界压力而接近临界点的状态称为超临界状态。处于超临界状态时，气液两相性质非常接近，以至于无法分辨，故称之为SCF。

超临界流体技术

超临界流体(Supercritical Fluids, SCF), 是一种在温度和压力处于其临界点以上时兼具液体和气体双重物性的流体。超临界流体技术就是利用超临界流体的这种特性发展起来的一门新兴技术, 因其清洁、安全、高质、高效等显著优势超越传统技术, 被誉为“超级绿色”技术。

1超临界流体中的化学反应

1.1 超临界CO2聚合反应

超临界CO2(SC-CO2)用于聚合反应，是基于其惰性不会引起链转移，通过减压即可实现反应-分离一体化。目前在SC-CO2 中进行的的聚合反应大多为非均相聚合，主要有悬浮聚合、乳液聚合、分散聚合和沉淀聚合，前3 种都需要合成能溶于SC-CO2 的特殊表面活性剂，而且聚合物很难与这些表面活性剂分离纯化，所以研究在SC-CO2 中的沉淀聚合反应更具有实用意义。

SC- CO2 具有双极性, 其极性与烃类相近。根据相似相溶原理, 其既可溶解非极性物质, 又可溶解极性物质, 还能溶解许多有机固体。对气体如H2、O2 等也具有很高的溶解性, 有利于诸如催化加氢、催化氧化等反应的进行。在不对称的催化加氢反应、Diels-Alder 反应、氢甲酰化反应、烯烯键易位反应、烯环化反应等方面都有应用研究。如, Burk[1]小组以SC-CO2 为溶剂极大地提高了烯烃衍生物不对称氢化的对映性选择(99.5%,ee), 这无疑是一个完美的绿色合成反应。

陈坚等[2]在超临界CO2 中进行氯乙烯（VC）自由基聚合，对聚合过程和树脂颗粒特性进行了研究。实验发现聚合存在诱导期和自动加速效应，聚合初期一次加入引发剂、提高聚合压力和搅拌都会使转化率降低。压力提高使得凝胶效应减弱，导致聚合转化率降低；聚合过程中部分自由基和活性聚合物链被聚合物包埋、金属釜壁面对自由基和活性聚合物链的终止作用也导致聚合转化率降低。聚合成粒过程有别于传统氯乙烯悬浮聚合，树脂由初级粒子聚集而成，且多孔疏松、无皮膜。

化工热力学课程论文

专业班级： 08级化学工程与工艺二班

姓 名： 翟 文 明

学 号： 20080300425

任课老师： 侯 翠 红、任 保 增

日 期：2011年6月11日

超临界流体的特点及应用

纯净物质要根据温度和压力的不同，呈现出液体、气体、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，超临界流体指的是处于临界点以上温度和压力区域下的流体，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。

超临界流体具有十分独特的物理化学性质，它的密度接近于液体，粘度接近于气体，扩散系数大、粘度小、介电常数大。

分离效果较好，是很好的溶剂。

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。超临界流体具有十分独特的物理化学性质，它的密度接近于液体，粘度接近于气体，扩散系数大、粘度小、介电常数大，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，分离效果较好，是很好的溶剂。

例如，水的密度、离子、介电常数等以临界温度37.4℃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