超臨界流體性質

超臨界流體由于液體與氣體分界消失，是即使提高壓力也不液化的 非凝聚性氣體。超臨界流體的物性兼具液體性質與氣體性質。它基本上仍是一種氣態(tài)，但又不同于一般氣體，是一種稠密的氣態(tài)。其密度比一般氣體要大兩個數(shù)量級，與液體相近。它的粘度比液體小，但擴散速度比液體快(約兩個數(shù)量級)，所以有較好的流動性和傳遞性能。它的介電常數(shù)隨壓力而急劇變化(如介電常數(shù)增大有利于溶解一些極性大的物質)。 另外，根據(jù)壓力和溫度的不同，這種物性會發(fā)生變化。

純凈物質要根據(jù)溫度和壓力的不同，呈現(xiàn)出液體、氣體、 固體等狀態(tài)變化。在溫度高于某一數(shù)值時，任何大的壓力均不能使該純物質由氣相轉化為液相，此時的溫度即被稱之為臨界溫度Tc;而在臨界溫度下，氣體能被液化的最低壓力稱為臨界壓力Pc。在臨界點附近，會出現(xiàn)流體的密度、粘度、溶解度、熱容量、介電常數(shù)等所有流體的物性發(fā)生急劇變化的現(xiàn)象。當物質所處的溫度高于臨界溫度，壓力大于臨界壓力時，該物質處于超臨界狀態(tài)

溫度及壓力均處于臨界點以上的液體叫超臨界流體(supercritical fluid，簡稱SCF)。例如:當水的溫度和壓強升高到臨界點(t=374.3 ℃，p=22.05 MPa)以上時，就處于一種既不同于氣態(tài)，也不同于液態(tài)和固態(tài)的新的流體態(tài)──超臨界態(tài)，該狀態(tài)的水即稱之為超臨界水。

超臨界流體是處于臨界溫度和臨界壓力以上，介于氣體和液體之間的流體，兼有氣體液體的雙重性質和優(yōu)點:

溶解性強

密度接近液體，且比氣體大數(shù)百倍，由于物質的溶解度與溶劑的密度成正比，因此超臨界流體具有與液體溶劑相近的溶解能力。

擴散性能好

因黏度接近于氣體，較液體小2個數(shù)量級。擴散系數(shù)介于氣體和液體之間，為液體的10-100倍。具有氣體易于擴散和運動的特性，傳質速率遠遠高于液體。

易于控制

在臨界點附近，壓力和溫度的微小變化，都可以引起流體密度很大的變化，從而使溶解度發(fā)生較大的改變。(對萃取和反萃取至關重要)

物質在超臨界流體中的溶解度，受壓力和溫度的影響很大.可以 利用升溫,降壓手段(或兩者兼用)將超臨界流體中所溶解的物質分離析出，達到分離提純的目的(它兼有精餾和萃取兩種作用).例如在高壓條件下，使超臨界流體與物料接觸,物料中的高效成分(即溶質)溶于超臨界流體中(即萃取).分離后降低溶有溶質的超臨界流體的壓力，使溶質析出。如果有效成分(溶質)不止一種，則采取逐級降壓，可使多種溶質分步析出。在分離過程中沒有相變，能耗低。

如超臨界流體萃取(supercritical fluid extraction,簡稱SFE)、超臨界水氧化技術、超臨界流體干燥、超臨界流體染色、超臨界流體制備超細微粒、超臨界流體色譜(supercritical fluid chromat ography)和超臨界流體中的化學反應等,但以超臨界流體萃取應用得最為廣泛。很多物質都有超臨界流體區(qū)，但由于CO2的臨界溫度比較低(31.06℃),臨界壓力也不高(7.38MPa),且無毒,無臭,無公害，所以在實際操作中常使用CO2超臨界流體。如用超臨界CO2從咖啡豆中除去咖啡因，從煙草中脫除尼古丁，從大豆或玉米胚芽中分離甘油酯,對花生油、棕櫚油、大豆油脫臭等。又例如從紅花中提取紅花甙及紅花醌甙(它們是治療高血壓和肝病的有效成分),從月見草中提取月見草油(它們對心血管病有良好的療效)等。使用超臨界技術的唯一缺點是涉及高壓系統(tǒng),大規(guī)模使用時其工藝過程和技術的要求高,設備費用也大。但由于它優(yōu)點甚多,仍受到重視。超臨界流體密度很大，具有溶解性能。在恒溫變壓或恒壓變溫時，體積變化很大，改變了溶解性能，故可用于提取某些物質，這種技術稱為超臨界流體萃取。

在超臨界水中，易溶有氧氣，可使氧化反應加快，可將不易分解的有機廢物快速氧化分解，是一種綠色的"焚化爐"。

由于超臨界流有密度大且粘稠度小的特點，可將天然氣轉化為超臨界態(tài)后在 管道中運送，這樣既可以節(jié)省動力，又可以增加運輸速率。

超臨界二氧化碳具有低粘稠度、高擴散性、易溶解多種物質、且無毒無害，可用于清洗各種精密儀器，亦可代替干洗所用的氯氟碳化合物，以及處理被污染的土壤。

超臨界二氧化碳可輕易穿過細菌的細胞壁，在其內部引起劇烈的氧化反應，殺死細菌。

利用超臨界流體進行萃取.將萃取原料裝入萃取釜。采用二氧化碳做為超臨界溶劑。二氧化碳氣體經(jīng)熱交換器冷凝成液體，用加壓泵把壓力提升到工藝過程所需的壓力(應高于二氧化碳的臨界壓力)，同時調節(jié)溫度，使其成為超臨界二氧化碳流體。二氧化碳流體作為溶劑從萃取釜底部進入，與被萃取物料充分接觸，選擇性溶解出所需的化學成分。含溶解萃取物的高壓二氧化碳流體經(jīng)節(jié)流閥降壓到低于二氧化碳臨界壓力以下進入分離釜(又稱解析釜)，由于二氧化碳溶解度急劇下降而析出溶質，自動分離成溶質和二氧化碳氣體二部分，前者為過程產品，定期從分離釜底部放出，后者為循環(huán)二氧化碳氣體，經(jīng)過熱交換器冷凝成二氧化碳液體再循環(huán)使用。整個分離過程是利用二氧化碳流體在超臨界狀態(tài)下對有機物有特異增加的溶解度，而低于臨界狀態(tài)下對有機物基本不溶解的特性，將二氧化碳流體不斷在萃取釜和分離釜間循環(huán)，從而有效地將需要分離提取的組分從原料中分離出來。

超臨界水具有非常強的極性，可以溶解極性極低的芳烴化合物及各種氣體(氧氣、氮氣、一氧化碳、二氧化碳等)，能夠促進擴散控制的反應速率，具有重要的工程意義。

通入有機廢物進行氧化反應，即超臨界水氧化法(supercritical water oxidation，SCWO)。其結果是有機廢物被完全氧化成二氧化碳、氮氣、水及可以從水中分離的無機鹽等無毒的小分子化合物，達到凈水的目的。

最常見的是超臨界二氧化碳，其臨界溫度為31.06℃，臨界壓力為7.38Mpa

超臨界水的臨界點為374℃，22Mpa

超臨界甲醇為239℃，8.1MPa

超臨界流體具有溶解其他物質的特殊能力,1822年法國醫(yī)生Cagniard首次發(fā)表物質的臨界現(xiàn)象,并在1879年即被Hannay和Hogarth二位學者研究發(fā)現(xiàn)無機鹽類能迅速在超臨界乙醇中溶解 ,減壓后又能立刻結晶析出.但在當時由于技術,裝備等原因未能更加深入地研究.時至20世紀30年代,Pilat和Gadlewicz兩位科學家才有了用液化氣體提取「大分子化合物」的構想.1950年代,美,蘇等國即進行以超臨界丙烷去除重油中的柏油精及金屬,如鎳,釩等,降低后段煉解過程中觸媒中毒的失活程度,但因涉及成本考量,并未全面實用化.1954年Zosol用實驗的方法證實了二氧化碳超臨界萃取可以萃取油料中的油脂.此后,利用超臨界流體進行分離的方法沉寂了一段時間,70年代的后期,德國的Stahl等人首先在高壓實驗裝置的研究取得了突破性進展之后,「超臨界二氧化碳萃取」這一新的提取,分離技術的研究及應用,才有實質性進展;1973及1978年第一次和第二次能源危機后,超臨界二氧化碳的特殊溶解能力,才又重新受到工業(yè)界的重視.1978年后,歐洲陸續(xù)建立以超臨界二氧化碳作為萃取劑的萃取提純技術,以處理食品工廠中數(shù)以千萬噸計的產品,例如以超臨界二氧化碳去除咖啡豆中的咖啡因,以及自苦味花中萃取出可放在啤酒內的啤酒香氣成分.超臨界流體萃取技術近30多年來引起人們的極大興趣,這項化工新技術在化學反應和分離提純領域開展了廣泛深入的研究,取得了很大進展,在醫(yī)藥,化工,食品及環(huán)保領域成果累累.

超臨界流體是物質在高于臨界壓力和臨界溫度時的一種狀態(tài)，它具有氣體和液體的某些性質，具有氣體的低粘度、液體的高密度以及介于氣、液之間較高的擴散系數(shù)等特征，SFC是GC和LC的補充， SFC可以解決氣液色譜分析的難題，它可以分析氣相色譜難汽化的不揮發(fā)性樣品，同時具有比高效液相色譜更高的效率，分析時間更短。