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超临界co2流体的应用

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超临界CO2流体的应用

随着环境的温度和压力变化，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温度和临界压力，不同的物质其临界点的压力和温度各不相同.超临界流体(Super

Critical fluid，简称SCF)是指温度和压力均高于其临界点的流体，常用来制备成的超临界流体有二氧化碳，氨，乙烯，丙烷，丙烯，水等.物体处于超临界状态时，由于气液两相性质非常相近，以致无法清楚分别，所以称之为「超临界流体」。

超临界流体具有类似气体的扩散性及液体的溶解能力，同时兼具低黏度，低表面张力的特性，如表1所示，使得超临界流体能够迅速渗透进入微孔隙的物质.因此用于萃取时萃取速率比液体快速而有效，尤其是溶解能力可随温度，压力和极性而变化.

超临界流体萃取分离过程是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的.当物质处于超临界状态时，成为性质介于液体和气体之间的单一相态，具有和液体相近的密度，黏度虽高于气体但明显低于液体，扩散系数为液体的10～100倍，因此对物料有较好的渗透性和较强的溶解能力，能够将物料中某些成分提取出来.

在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地依次把极性大小，沸点高低和分子量大小的成分萃取出来.同时超临界流体的密度，极性和介电常数随着密闭体系压力的增加而增加，利用预定程序的升压可将不同极性的成分进行分步提取.当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以通过控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压，升降温的方法使超临界流体变成普通气体或液体，被萃取物质则自动完全析出，从而达到分离提纯的目的，并将萃取与分离两过程合为一体，这就是超临界流体萃取分离的基本原理.

关于CO2超临界体

二氧化碳在温度高于临界温度Tc=31.26℃，压力高于临界压力Pc=72.9atm的状态下，性质会发生变化，其密度近于液体，粘度近于气体，扩散系数为液体的100倍，因而具有惊人的溶解能力.用它可溶解多种物质，然后提取其中的有效成分，具有广泛的应用前景.超临界二氧化碳是目前研究最广泛的流体之一，因为它具有以下几个特点：

(1)CO2临界温度为31.26℃，临界压力为72.9atm，临界条件容易达到.

(2)CO2化学性质不活泼，无色无味无毒，安全性好.

(3)价格便宜，纯度高，容易获得.

所谓的二氧化碳超临界萃取是将已经压温加压成超临界状态的二氧化碳作为溶剂，以其极高的溶解力萃取平时不易萃取的物质，以下有几项关于萃取的说明：

(1)溶解作用

在超临界状态下，CO2对不同溶质的溶解能力差别很大，这与溶质的极性，沸点和分子量密切相关，一般来说有以下规律：亲脂性，低沸点成分可在104KPa(约1大

气压)以下萃取，如挥发油，烃，酯，醚，环氧化合物，以及天然植物和果实中的香气成分，如桉树脑，麝香草酚，酒花中的低沸点酯类等；化合物的极性基团( 如-OH，-COOH等)愈多，则愈难萃取.强极性物质如糖，氨基酸的萃取压力则要在4×104KPa以上.另外化合物的分子量愈大，愈难萃取；分子量在200～400范围内的成分容易萃取，有些低分子量，易挥发成分甚至可直接用CO2液体提取；高分子量物质(如蛋白质，树胶和蜡等)则很难以二氧化碳萃取.

(2)特点

将超临界二氧化碳大量地拿来做萃取之用是因为它具有以下几个萃取技术上的特点

A.超临界CO2流体常态下是无色无味无毒的气体，与萃取成分分离后，完

分子 临界温度 临界压力 临界密度 分子 临界温度 临界压力 临界密度

H2 -239.9 12.8 0.032 CF3Cl 28.8 38.7 0.579

N2 -147.0 33.5 0.314 NH3 132.3 111.3 0.235

Xe 16.6 57.7 1.110 CH3OH 240.0 78.5 0.272

CO2 31.26 72.9 0.468 CH3CN 274.7 47.7 0.237

C2H6 32.3 48.2 0.203 H2O 374.2 218.3 0.315

CF3H 25.9 47.8 0.526 ℃ atm g/cm3

完全没有溶剂的残留，可以有效地避免传统溶剂萃取条件下溶剂毒性的残留.同时也防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染，是一种天然且环保的萃取技术.

B. 萃取温度低，CO2的临界温度为31.265℃，临界压力为72.9atm，可以有效地防止热敏性成分的氧化，逸散和反应，完整保留生质物体的生物活性；同时也可以把高沸点，低挥发度，易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来.

C. 萃取和分离合二为一，当饱含溶解物的二氧化碳超临界流体流经分离器时，由于压力下降使得CO2与萃取物迅速回复成为分离的两相(气液分离)而立即分开，不存在物料的相变过程，不需回收溶剂，操作方便；不仅萃取效率高，而且能耗较少，节约成本，并且符合环保节能的潮流.

D. 萃取操作容易，压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数.在临界点附近，温度压力的微小变化，都会引起CO2密度显着变化，从而引起待萃物的溶解度发生变化，可通过控制温度或压力的方法达到萃取目的.压力固定，改变温度可将物质分离；反之温度固定，降低压力使萃取物分离；因此技术流程短，耗时少，占地小，同时对环境真正友善，萃取流体CO2可循环使用，并不会排放废二氧化碳导致温室效应！成为真正「绿色化」生产制程.

E.超临界流体的极性可以改变，一定温度条件下， 只要改变压力或加入适宜的夹带剂即可提取不同极性的物质，可选择范围广.

影响超临界二氧化碳萃取的因素有下列几点-超临界二氧化碳的密度，夹带剂，粒度，体积等等

影响萃取的因素

A.密度

溶剂强度与超临界流体的密度有关.温度一定时，密度(压力)增加，可使溶剂强度增加，溶质的溶解度增加.

B.夹带剂

适用于萃取的超临界流体的大多数溶剂是极性小的溶剂，这有利于选择性的提取，但限制了其对极性较大溶质的应用.因此可在这些流体中加入少量夹带剂，以改变溶剂的极性.最常用来萃取的超临界流体为二氧化碳，通过加入夹带剂可适用于极性较大的化合物.有人在10MPa压力下(约等于100大气压)，用不同浓度的乙醇作夹带剂，研究了以藏药雪灵芝中萃取其中的3种成分.加一定夹带剂的超临界二氧化碳可以创造一般溶剂达不到的萃取条件，大幅度提高收率.这对于贵重药材成份的提取，工业化开发价值极高.常用的夹带剂有乙醇，尿素，丙酮，己烷以及水等等.

C.粒度

粒子的大小可影响萃取的收率.一般来说，粒度小有利于超临界二PDF created

with pdfFactory Pro trial version 绿色溶剂-超临界二氧化碳

氧化碳的萃取.

D.流体体积

提取物的分子结构与所需的超临界流体的体积有关.有科学家将加压加温到68.8MPa，40℃后提取50克叶子中的叶黄素和胡萝卜素.要得到叶黄素50%的回收率，需要2.1L超临界二氧化碳；如要得到95%的回收率，由此推算，则需要33.6L的超临界二氧化碳.而胡萝卜素在二氧化碳中的溶解度大，仅需要1.4L，即可达到95%的回收率。（以上资料来自百度百科）

超临界二氧化碳技术主要应用范围

医药工业

超临界二氧化碳在医学工业上的应用远超过其他工业，因此将超临界二氧化碳在医学工业范畴内的应用分为三大类-生物活性物质和天然药物提取，药剂学，药物分析

A.生物活性物质和天然药物提取

(A)浓缩沙丁鱼油，扁藻中的EPA和DHA，综合利用海藻资源开辟了新的途径.

(B)从蛋黄中提取蛋黄磷酯

(C)从大豆中提取大豆磷酯

(D)从烂掉的番茄中提取β-胡萝卜素

B.药剂学

超临界流体结晶技术是根据物质在超临界流体中的溶解度对温度和压力敏感的特性制备超细颗粒，其中气体抗溶剂过程(GAS)常用于生物活性物质的加工.GAS过程是指在高压条件下溶解的二氧化碳使有机溶剂膨胀，内聚能显着降低，溶解能力减小，使已溶解的物质形成结晶或无定型沉淀的过程.应用如下

(A)将二氧化碳和胰岛素二甲亚碸溶液经一特制喷嘴，从顶部进入沉淀器，二者在高压下混合后流出沉淀器，胰岛素结晶就聚集在底部的筛检程式上.

(B)如提高溶解性差的分子的生物利用度

(C)开发对人体的损害较少的非肠道给药方式(如肺部给药和透皮吸收系统).

C.药物分析

将超临界流体用于色谱技术称超临界流体色谱，兼有高速度，高效和强选择性，高分离效能，且省时，用量少，成本低，条件易于控制，不污染样品等，适用于难挥发，易热解高分子物质的快速分析.专家用超临界流体色谱分析了咖啡，姜粉，胡椒粉，蛇麻草，大麻等.总之，超临界技术在制药业除了用于从植物中提取活性物质外，应用越来越广泛，许多有前途的应用正在开发之中.

D.特殊药用成分的颗粒生产

在药品工业应用上，特殊药品颗粒的制造，也是目前超临界流体技术 工业化应用重要技术发展 超临界流体技术能有效的控制药用颗粒的形成，不论是实心颗粒或是内部结构松散的颗粒，极性或是非极性以及粒径由50nm到50μm大小的颗粒都能生产，这些颗粒形成的应用技术主要有三大类，分别是：超临界溶液快速膨胀法(RESS)，气体或超临界流体的反溶剂(GAS or SAS)以及压缩反溶剂沉淀(PCA).上述技术的应用产品范围包括了吞食性药粉，静脉注射性溶液分散剂等.目前这方面的应用研究的小型设备非常多，而工业化生产的设备也只需约50公升的槽体即可，在设计上也以多产品多功能的设备较合实际的需要，主要的问题可能是在于设备必须符合药品良好作业程序规范(cGMP)的规定，这些要求可能必须包括二氧化碳的品质与来源，和对于制程与原料的各项要求，在工厂的软体与硬体的规定，则包括制程标准化，品管与品保制度，作业程序订定，控制软体与硬体认证，原料与设备材质的品质要求，压力容器检验，设备清洗作业规定与控制器感应装置的校正等，这些规定对于设备制造商与使用设备的产品制造商而言，都非常重要，也是必须估计在投资的成本计算上.

（以上资料来自百度百科）

从某种意义上讲,利用超临界CO2 流体进行中草药萃取,将会带来中草药现代化的革命性飞跃。事实上,已经有很多有识之士在这方面做了很多卓有成效的工作。我们知道,传统的中草药提取方法工艺复杂、生产周期长,存在着溶剂难以选择、提取温度高、时间长、工艺复杂以及投入产出比低等缺点。而采用超临界CO2 流体技术来萃取中草药,则情形就大不一样了。已有的研究发现,采用超临界CO2 流体技术萃取中草药,具有的主要优点是

(1) CO2 无色、无味、无毒,且通常条件下为气体,无溶剂残留问题。

(2)萃取温度接近室温,整个提取分离过程可在暗场中进行,对于那些在湿、热、光等条件下敏感的物质和芳香性物质的提取特别适合,在很大程度上避免了常规提取过程中,经常发生的分解、沉淀等反应,能最大程度地保持各组分的原有特性,为明确真正的药物成分提供了方便,为进一步阐明药理提供了基础。

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超临界CO2流体萃取技术及其应用概述

超临界CO2流体萃取技术及其应用概述

湖南农业大学研究生课程论文

学 院： 食品科技学院

年级专业：07级营养与食品卫生学

姓 名： 邓婷婷 学 号： s200700293

课程论文题目： 超临界CO2流体萃取技术及其应用概述

课 程 名 称： 现代食品分析技术

评 阅 成 绩：

评 阅 意 见：

成绩评定教师签名：

日期： 年 月 日

超临界CO2流体萃取技术及其应用概述

学 生：邓婷婷

(07级 食品科技学院 营养与食品卫生专业，学号s200700293)

摘 要：本文介绍了超临界CO2流体萃取技术的萃取原理、特点、基本流程及其影响萃取的因素，对此技术在食品、医药、农药残留分析、化工等方面的应用进行了简要概述，并展望了今后的发展。

关键词：超临界CO2流体萃取技术 原理 特点 流程 影响因素 应用

超临界流体萃取（supercritical fluid extraction）简称SCFE，是利用超临界状态的流体具有强溶解能力而对物质进行提取分类的技术。1897年,Hannay和Hogarth发现了超临界乙醇异乎寻常的溶解特性[1]。近20年来,超临界流体萃取技术开始应用于工业实践并引起广泛关注，现已应用于食品、医药、化工、石油、和香料等领域。

1 超临界CO2流体萃取基本原理

超临界流体是物质处于其临界点（Tc、Pc）以上状态时所呈现出的一种高压、高密度，具有气液两重性的液体。超临界CO2萃取技术就是以超临界状态的CO2流体为溶剂，利用超临界CO2在临界点附近所具有的高渗透性、高扩散性和高溶解能力，对萃取物中的目标组分进行提取分离，从而达到分离精制的目的[2]。

超临界CO2流体对溶质的溶解度取决于其密度，当在临界点附近，压力和温度发生微小的变化时，密度即发生变化，从而会引起溶解度的变化。因此，将温度或压力适当变化， 可使溶解度在100-1000倍的范围内变化，因而具有较高的溶解性[2]。一般情况下，超临界CO2流体的密度越大，其溶解能力就越大。在恒温下随压力升高，溶质的溶解度增大；在恒压下随温度升高，溶质的溶解度减小。利用这一特性可从物质中萃取某些易溶解的成分。而超临界CO2流体的高扩散性和流动性则有助于所溶解的各成分彼此分离，达到萃取分离的目的，并能加速溶解平衡，提高萃取效率。

超临界流体萃取的工作原理及应用

超临界流体萃取的工作原理及应用

超临界流体萃取的工作原理及应用

高等生化分离技术 112300003 林兵

一、超临界流体萃取的概念

超临界流体(SCF)是指状态超过气液共存时的最高压力和最高温度下物质特有的点—临界点后的流体。超临界流体是一种介于气体和液体之间的流体，无相之境。超临界流体萃取(SFE)是将超临界流体作为萃取溶剂的一种萃取技术，兼有蒸馏和液液萃取的特征。

二、超临界流体萃取的理论原理

1.任何一种物质都存在三种相态:气相、液相、固相。

2.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分别称为临界温度Tc和临界压力Pc。不同的物质其临界点所要求的压力和温度各不相同。

3.物质的临界状态是指其气态与液态共存的一种边缘状态。在此状态中，液体的密度与其饱和蒸汽的密度相同，因此界面消失。利用此原理诞生了超临界流体萃取技术。

三、超临界流体萃取的技术原理(CO2为例)

利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的，所以超临界CO2流体萃取过程是由萃取和分离过程组合而成的。

超临界CO2是指处于临界温度与临界压力（称为临界点）以上状态的一种可压缩的高密度流体，是通常所说的气、液、固三态以外的第四态，其分子间力很小，类似于气体，而密度却很大，接近于液体，因此具有介于气体和液体之间的气液两重性质，同时具有液体较高的溶解性和气体较高的流动性，比普通液体溶剂传质速率高，并且扩散系数介于液体和气体之间，具有较好的渗透性，而且没有相际效应，因此有助于提高萃取效率，并可以大幅度节能。

超临界二氧化碳

超临界二氧化碳

超临界二氧化碳在染整加工中的应用

摘要：针对传统水染工艺不能从根本上解决印染行业水环境污染严重及资源消耗、浪费大的问题，介绍了一种全新的清洁生产技术—— 超临界二氧化碳染色过程。文章综述了超临界二氧化碳应用于染整加工领域的研究进展，包括超临界二氧化碳的性质，其在前处理的应用、以超临界二氧化碳为介质染合技术的一般

流程，染合成纤维及天然纤维相关内容等，并讨论了其利弊。

关键词：超临界流体：二氧化碳；染整；

前沿：

进入二十一世纪环境保护越来越受到人们的重视．可持续发展问题成为当今世界经济发展的主题，任何工业的发展都必须符合这一主题的要求。同时全球水资源环境问题日益尖锐，我国是严重缺水的国家，水污染使资源短缺问题变得更为突出，工业污染是造成水环境污染的主要污染源之一。而在纺织品染整加工过程中，大量使用了污染环境和对人体有害的染整剂，这些助剂生物降解性差，毒性大，游离甲醛含量高，重金属离子的含量超标。这些助剂大多以气体、液体、固体的形态排放而污染环境，严重危害人类的健康，因而，绿色染整加工技术成了近年来科研工作者追求的目标[16]。

近二十年来，超临界二氧化碳技术倍受青睐，它是采用二氧化碳来代替以水为介质的染整加工技术，工艺中无需清洗，无需烘干，二氧化碳可循环再利用。该技术可避免大量废水对环保带来严重污染问题。保护了水资源，省去还原清洗和烘干工序，降低了能源消耗，染色过程无有害气体排放，残余染料可循环使用，提高了染料利用率。它不仅无毒、无污染，不易燃烧，而且价格便宜，要求的操作温度和压力都较低，具有许多奇特的性能，以前较多地应用于食品及医药工业上。近几年来，超临界二氧化碳技术在高分子材料合成和加工以及纺织工业上的应用成为科技界关注的热点。下面介绍超临界二氧化碳的性质以及超临界二氧化碳技术在染整加工领域的一些应用。

1 超临界二氧化碳的性质

常压下，物质在液相和气相间成平衡时，两相的物理性质如粘度、密度、导电度和介电常数等存在显著差别。当压力提高时，这种差别逐渐缩小，当达到某一温度和压力时，两相密度相等，气相和液相之间无明显的界限，而且仅有一相，称为临界状态。此时的温度和压力均称为临界温度和临界压力。超临界流体(SCF)是指在临界温度和临界压力以上的流体。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。超临界流体本身具有如下特性[17]：①其扩散系数比气体小，但比流体高一个数量级；②粘度接近气体；③密度类似液体，压力的细微变化可导致其密度的显著变动；④压力或湿度的改变均可导致相变。由以上特性可以看出，超临界流体兼有液体和气体的双重特性，扩散系数大，粘度小，渗透性好。

co2超临界

co2超临界

co2超临界

一、什么是CO2超临界？

CO2超临界是指将二氧化碳（CO2）加压至超过其临界点（7.38 MPa，31.1℃）的状态下，使其达到液态和气态之间的状态。在这种状态下，二氧化碳具有类似于液体的密度和类似于气体的运动性质。

二、CO2超临界在哪些领域应用广泛？

1. 超临界流体萃取技术

超临界流体萃取技术是指利用CO2超临界作为萃取剂，将目标物质从原料中分离出来。此技术适用于药物、食品、香料等领域。

2. 超临界干燥技术

超临界干燥技术是指利用CO2超临界作为干燥介质，将湿润的物体快速干燥。此技术适用于纺织品、药品等领域。

3. 超临界反应技术

超临界反应技术是指利用CO2超临界作为反应介质，在高压高温条件下进行化学反应。此技术适用于合成新材料、新药等领域。

三、CO2超临界的优点有哪些？

1. 环保

CO2超临界是一种环保的工艺，因为CO2是一种天然存在于大气中的物质，不会对环境造成污染。

2. 安全

CO2超临界的操作压力较高，但由于其不易燃、不易爆、无毒等性质，使得其操作相对安全。

3. 高效

CO2超临界能够快速地将目标物质从原料中分离出来，并且可以循环利用，提高了工艺效率和经济效益。

四、CO2超临界存在哪些挑战？

1. 能耗较高

由于CO2超临界需要加压才能达到超临界状态，因此需要消耗大量的能量。

2. 设备成本高

由于CO2超临界需要使用高压容器等特殊设备，因此设备成本较高。

3. 工艺参数难以控制

由于CO2超临界状态下液相和气相之间的交替变化比较复杂，因此工艺参数难以控制，对操作人员要求较高。

五、未来发展趋势如何？

未来发展趋势主要包括以下几个方面：

1. 节能降耗

未来的CO2超临界技术将会更加注重节能降耗，通过改进工艺流程、优化设备结构等方式来实现。

2. 提高工艺控制精度

未来的CO2超临界技术将会更加注重工艺控制精度，通过引入先进的自动化控制系统等方式来实现。