分离科学概论

课程名称：分离科学概论

题目: 超临界流体（CO2和H2O）萃取法在物质分离上的新进展

姓名: 陈亮

学号: 20081003915

班号:031082-25

2011年6月

超临界流体萃取法在物质分离上

的新进展

一、超临界流体(supercritical fluid，简称SCF)简介

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。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。

§1-1发展背景

1822年法国医生Cagniard首先发现物质的临界现象，并在1879即被Hannay 和Hogarth二位学者研究发现无机盐类能迅速在超临界乙醇中溶解，但由于技术、装备等原因，20世纪30年代,Pilat和Gadlewicz两位科学家才有了用液化气体提取大分子化合物的构想。1950年代,美、苏等国即进行以超临界丙烷去除重油中的柏油精及金属，如镍、钒等,降低后段炼解过程中触媒中毒的失活程度，但因涉及成本考量，并未全面实用化。1954年Zosol用实验的方法证实了二氧化碳超临界萃取可以萃取油料中的油脂。此后,利用超临界流体进行分离的方法沉寂了一段时间,70年代的后期,德国的Stahl等人首先在高压实验装置的研究取得了突破性进展之后,“超临界二氧化碳萃取”这一新的提取分离技术的研究及应用,才有实质性进展;1973及1978年第一次和第二次能源危机后,超临界二氧化碳的特殊溶解能力,才又重新受到工业界的重视。1978年后,欧洲陆续建立以超临界二氧化碳作为萃取剂的萃取提纯技术,以处理食品工厂中数以千万吨计的产品,例如以超临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内的啤酒香气成分。超临界流体萃取技术近30多年来引起人们的极

大兴趣,这项化工新技术在化学反应和分离提纯领域开展了广泛深入的研究,取

得了很大进展,在医药、化工、食品及环保领域硕果累累。[1]

§1-2 SCF的特性

超临界流体兼有气体液体的双重性质和优点：

（1）溶解性强。由于密度接近液体，且比气体大数百倍，由于物质的溶解度与溶剂的密度成正比，因此超临界流体具有与液体溶剂相近的溶解能力。

（2）扩散性能好。因黏度接近于气体，较液体小2个数量级。扩散系数介于气体和液体之间，为液体的10-100倍。具有气体易于扩散和运动的特性，传质速率远远高于液体。

（3）易于控制。在临界点附近，压力和温度的微小变化，都可以引起流体密度很大的变化，从而使溶解度发生较大的改变（对萃取和反萃取至关重要）。

二、超临界流体的应用举例

很多物质都有超临界流体区，超临界溶剂包括CO2、NO2、SO2、N2, 低链烃等。

§2-1 超临界流体萃取的主要手段

超临界流体萃取技术的兴起仅二三十年时间, 但由于这种技术的卓越性能

和良好的应用前景, 许多研究者进行了广泛深入的研究, 现已初步实现工业化, 成为超临界流体技术中最成熟、应用最广泛的一种。早期超临界流体技术的研究主要集中在相行为变化和溶剂性质上。到了20 世纪60 年代,随着超临界流体萃取技术的出现和应用, 超临界流体技术的发展进入了一个新的阶段。

物质在超临界流体中的溶解度，受压力和温度的影响很大，可以将超临界流体中所溶解的物质分离析出，达到分离提纯的目的(它兼有精馏和萃取两种作用).例如在高压条件下，使超临界流体与物料接触,物料中的高效成分(即溶质)溶于超临界流体中(即萃取)，分离后降低溶有溶质的超临界流体的压力，使溶质析出。如果有效成分(溶质)不止一种，则采取逐级降压，可使多种溶质分步析出。它最

突出的优点在于分离过程中没有相变，能耗低。目前应用较广泛的技术有：超临界流体萃取(supercritical fluid extraction,简称SFE)、超临界水氧化技术、超临界流体干燥、超临界流体染色、超临界流体制备超细微粒、超临界流体色谱(supercritical fluid chromat)和超临界流体中的化学反应等。

§2-2 超临界CO2流体萃取

CO2 是最常用的超临界萃取介质,具有低粘稠度、高扩散性、易溶解多种物质、无毒无害的特点。它可用于清洗各种精密仪器，亦可代替干洗所用的氯氟碳化合物，以及处理被污染的土壤。超临界二氧化碳可轻易穿过细菌的细胞壁，在其内部引起剧烈的氧化反应，杀死细菌。

具体来说，超临界流体CO2萃取与化学法萃取相比有以下突出的优点：

(1)可以在接近室温(35-40℃)及CO2气体笼罩下进行提取，有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散。因此，在萃取物中保持着药用植物的全部成分，而且能把高沸点，低挥发度、易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来；

(2)使用SFE是最干净的提取方法,由于全过程不用有机溶剂,因此萃取物绝无残留溶媒,同时也防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染,是100%的纯天然；

(3)萃取和分离合二为一，当饱含溶解物的CO2-SCF流经分离器时，由于压力下降使得CO2与萃取物迅速成为两相（气液分离）而立即分开，不仅萃取效率高而且能耗较少，节约成本；

(4)CO2是一种不活泼的气体,萃取过程不发生化学反应,且属于不燃性气体,无味、无臭、无毒，故安全性好；

(5)CO2价格便宜，纯度高，容易取得，且在生产过程中循环使用，从而降低成本；

(6)压力和温度都可以成为调节萃取过程的参数。通过改变温度或压力达到萃取目的。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，因此工艺简单易掌握，而且萃取速度快。