超临界流体技术第6章超临界微粒化技术
超临界流体技术 看-
微细颗粒过程分为二种过程：
1
超临界溶液快速膨胀过程： 超临界流体作萃取剂萃取 后
，快速膨胀超临界流体溶液过程(Rapid Expansion of
Supercritical Solution, 简称RESS)。适用于物质能直接溶解
于SCF的体系。
2
气体抗溶剂结晶过程：超临界流体作稀释剂(抗溶剂)
重结晶过程(Gas Antisolvent Recrystallization，简称GAS)
过程借助于第二种溶剂溶解物质，适用于不溶于SCF体系物
质的重结晶。
RESS过程
当溶有非挥发性物质的SCF在极短时间内 (10-8～10-5秒)快速膨胀 至常压甚至真空、低温时，膨胀后成为单相的低密度气体。超临界 溶液喷出时流速极大（通常达到超音速），膨胀时间极短（10-8 ~10-5s），可产生强烈的机械扰动和极大的过饱和度（S可达106以 上）。 机械扰动产生均一的成核条件，形成很窄的粒径分布；高过 饱和度导致产生微细颗粒。
RESS过程流程
1-溶剂瓶；2-增压系统；3-换热器；4-萃取器； 5-预膨胀；6-喷嘴；7-膨胀室；8-转子流量计；9-湿式流量计
GAS过程
SCF引入非挥发性固体的溶液相内，使溶液体积膨胀而改 变溶剂与溶质的作用力，溶质在其中的溶解度降低而形成过 饱和溶液，形成结晶或无定型沉淀析出。通过过滤或SCF携 带溶剂，可实现固体颗粒与溶剂的分离。 用GAS法得到的结 晶中溶剂含量比传统法要少得多，大大提高了结晶的纯度。
1 理想气体方程
PV = RT
2 van der Waals 方程
根据Van der Waals方程，RTc/PcVc=2.67。 但实际对于何种气体，事实上它却是个变数，在3～4.5范围
超临界流体简介
§1 超临界流体简介超临界流体（Supercritical Fluids，SCF）技术是近年来发展迅速之一项新型技术，应用范围广阔，早期主要用于萃取分离1方面，现则已深入到分析化学2-4、生化反应5-6及微粒制备7-11等各领域。
1、超临界流体的发展历程物质的超临界状态最早于1822年被Cagnigard de la Tour所发现并且加以描述。
1861年，Core描述了Naphthalene于二氧化碳中的溶解现象。
1869年， Andrews对二氧化碳和氮气，进行二元化物(binary mixtures)相行为深入研究，测得二氧化碳之临界点。
而有关超临界流体溶液沉淀析出最早的文献，是于1879年，由Hanny 及 Hogarth所提出。
发现在常压下碘化钾不溶于乙醇，但超临界状态下的乙醇则对碘化钾具相当的溶解力。
当压力增加时，碘化钾的溶解度增加；当压力下降时，则有雪花般的晶体析出。
是首先提出压力会影响溶质溶解度之观念者。
1906年，Buchner指出溶质于超临界流体中之溶解度，亦受溶质本身之蒸气压影响。
1939年，Horwarth申请的用超临界二氧化碳流体来浓缩果汁的第一份专利。
1954年，Francis搜集464个物质的相图，并描述261种有机化合物于液态二氧化碳的溶解度。
1955年，Todd及Elgin首先将超临界流体用于分离物质。
一个或一个以上的混合物质，于高压状态下可以溶于超临界流体，当压力降低物质可被回收。
1959年，Elgin及Weinstock 发表了超临界流体用于液体溶液的分离。
1963年，Zosel申请利用超临界二氧化碳萃取68种不同物质的专利。
1963~1972年苏联Krasnodar研究学会利用超临界流体萃取80余种不同植物。
1970年，能源危机与环保政策对传统有机溶剂的管制渐趋严格，使得超临界二氧化碳的研究与利用被大量开发。
1980年后，超临界流体萃取法，开始广泛应用于各种材料制备上。
第六章 超临界流体
第四节 超临界流体萃取的 热力学基础简介
由于蒸气压很低，所以φ≈1；在常压~10Mpa 范围内，指数项仍不大于2，故φ2是E的增加主要因 素。在乙烯-荼体系中，如果压力是10Mpa，荼的φ2远 小于1，使E高达25000。因此，溶质2在气相中逸度系 数p2的计算是超临界流体固态溶质溶解的关键。 E的另一计算式：lnE=(v,2-2B12)vm Vm——体系摩尔体积 B12表示溶质2与临界流体之间的相互作用，若溶质与溶
第六章 超临界流体
第一节 超临界流体 第二节 超临界萃取的原理 第三节 超临界co2萃取 第四节 超临界流体萃取的热力学基础简介 第五节 SC-co2萃取流程
第一节 超临界流体
一、临界点
横坐标为温度，纵坐标为压力，100—1200的直线为等密度线。 固相与液相的界线。
介线：固相与气相的界线。 沸腾线：液相与气相界线 三重点：熔融线、升华线、沸腾线；相交点、临界点：二条互相垂直 的虚线的交点，其概念可用临界温度 和临界压力来解释。 1、临界温度——是指高于此温度时，无论加压多大也不能使气体液 化。所以沸腾线从三重点到临界温度至。 2、临界压力——是指在临界温度，液化气体所需的压力。 3、临界点：临界温度与临界压力相交所构成的点。
第二节 超临界萃取的原理
（d）压力温度与（c）同，与（c）不同的是用N2代替 了乙炔。由
82 于T=292.5k距Tc=126k较远，等温线较陡，Pr=——＞2，对应的
33.5 密度很小，0.06g/ml，其溶解复与（b）相近。 说明了： ①并非所有超临界流体溶剂在同TP下具有相同的溶解复。 ②溶质在超临界流体中的溶解度，与其密度有关。P越大，溶解越 大，P越小，溶解越小。
第一节 超临界流体
二、超临界流体 1、定义：是相图中，状态高于临界温度和临界压力 的流体。（即虚线构出的右上角长方形区）。 2、特点：
超临界流体技术及其应用
1. 2. 3. 4.
5. 6.
谢 谢！
超临界流体在颗粒制备中的应用
1. 快速膨胀法是将溶质溶解于超临界流体，溶液通过一个特制的喷 嘴快速膨胀。由于在很短时间内溶液变成高度过饱和溶液，形成 大量的晶核，因而生成微小的、粒度均匀的颗粒，并且颗粒的性 质可以用温度、压力、喷嘴口径大小、流体喷出速度等调节。 2. 抗溶剂法的基础是许多物质可溶于有机溶剂，但不溶于气体或某 些超临界流体。同时，在高压下CO2等气体在许多有机溶剂中的溶 解度很大，使溶剂的体积膨胀。因此气体或超临界流体溶解后， 将使溶剂溶解溶质的能力降低，进而在适当条件下使溶质部分或 全部沉淀析出，此过程称为抗溶剂过程。 在抗溶剂过程中，沉淀析出产物的性质（粒度大小、晶型等） 可以通过压力、温度、气体的溶解速度等进行调节。
3.超临界流体良好的溶解特性可使一些易引起催化剂失活和结焦的残留物 溶于之中,并随流体的流动脱离反应体系而不会长期滞留在催化剂的表面上, 因而可增加催化剂的使用寿命。 4.可以调节超临界流体的压力和温度来调节其密度,进而调节其溶解性能,这 样就可方便地实现产物与反应体系的分离。
超临界流体在颗粒制备中的应用
超临界流体技术及其应用
超临界流体的概念
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（SCF）的特性
物质状态 密度（g/cm3） 粘度(g/cm/s) 扩散系数(cm2/s )
气态 液态 SCF (0.6-2) ×10-3 0.6-1.6 0.2-0.9 (1-3) ×10-4 (0.2-3) ×10-2 (1-9) ×10-4 0.1-0.4 (0.2-2) ×10-5 (2-7) ×10-4
超临界流体技术
超临界流体的性质
SCF传递特性与气体，液体的特征比较
物理特征 密度 （g/cm3） （0.6-2）*10-3 0.6-1.6 0.2-0.9 粘度 （g/cm/s） （1-4）*10-4 扩散系数 （cm2/s） 0.1-0.4
气体 液体 SCF
（0.2-3）*10-2 （0.2-2)*10-5 （1-9）*10-4 （0.2-0.7)*10-3
超临界流体的发展
• 1822年，Cagniard 首次报道物质的临界现象。 • 1879年，Hanny and Hogarth 发现了超临界流 体对固体有溶解能力，为超临界流体的应用提供 了依据。 • 1970年，Zosel采用sc-CO2萃取技术从咖啡豆提 取咖啡因，从此超临界流体的发展进入一个新阶 段。 • 1992年，Desimone 首先报道了sc-CO2为溶剂， 超临界聚合反应，得到分子量达27万的聚合物,开 创了超临界CO2高分子合成的先河。
3 溶剂没有污染，可以回收使用，简单方便，节省能源。
超临界流体在制备超细颗粒及薄膜中的应用
快 速 膨 胀 过 程
在超临界状态时，当含有难挥发组 分的SCF通过毛细管等作快速膨胀，在 极短时间内〈10-5 S，组分在SCF中过饱 和度高达106倍，形成大量晶核，因而 得到粒径分布很窄,粒度极细的超细颗粒。 主要用于陶瓷原料SiO2,CeO2等超细颗 粒的制备. 将含有某种溶质的溶液通过喷入 SCF，溶剂与SCF互溶后,使溶液稀释膨 胀,降低原溶剂对溶质的溶解度，在短时 间内形成较大的过饱和度而使溶质结晶 析出，得到纯度高，粒径分布均匀的超 细颗粒。该技术成功用于微球制备,多微 孔纤维和空心纤维的制备.
超临界流体技术
主要内容
• 超临界流体的概述 • 超临界流体的发展 • 超临界流体的性质及应用
第五部分——超临界流体技术用于材料加工和制备
H2O H2O H2O H2O H2O 乙醇 H2O CO2 乙烯 CO2 CO2 CO2 CO2 CO2 CO2 CO2 CO2 CO2
260 300 25 25 385 500 45 70 25 30 35 40 40 50 60 60 35
粉末 纤维 球形 〈5μ m 球形 〈5μ m 球形 直径 0.8μ m 纤维 4～10μ m 球形或颗粒 10～25μ m 颗粒 〈10μ m 球形和颗粒 2～20μ m 球形和颗粒 10～40μ m 椭圆形或针 状 纤维 粉末 纤维 2.5～8.1μ m 颗粒 1.6～6.6μ m 颗粒
续表
SiO2 SiO2 GeO2 GeO2 SiO2-KI ZrO(NO3)2 α -AL2O3 萘 β 胡罗卜素 聚苯乙烯-甲苯 聚苯乙烯-甲苯 聚苯乙烯-甲苯 聚苯乙烯-甲苯 聚苯乙烯-甲苯 三次甲基三硝基胺-丙 酮 三次甲基三硝基胺-丙 酮 胆红素-DMSO 胰岛素-DMSO
第五部
超临界流体技术 用于材料加工和制备
5.1 超临界流体沉析制备纳微颗粒材料
一百多年前的Hannay和Hogarth在首次报道固体溶解在SCF
时就观察到，当SCF的压力升高时，无机盐如氯化钴、碘化
钾等溶解在超临界乙醇中，当压力降低时，物质析出象“雪 花”一样。这就是当时观察到的均相成核结晶过程。 1959年，Klgin和Weistock首次指出超临界乙烯将有机物水 溶液分离成水相和有机相，被称作“超临界流体盐析”。
5.1.2.3 GAS过程实验
80 70 60 50
-1 C / mmol . L
40 30 20 10 0 - 10 0 2 4 P / MPa 6 8
对有机溶剂和SCF流体的要求
第六章 超临界流体萃取-课件
啤酒花萃取
啤酒花中的有用成份是挥发性油和软树脂中 的葎草酮及α -酸 采用超临界流体萃取法制造啤酒浸膏时，首 先把啤酒花磨成粉状。然后装入萃取罐，密 封后通入超临界CO2，操作温度35~38℃，压 力 8~30MPa 。 达 到 萃 取 要 求 后 ， 浸 出 物 随 CO2 一起被送至分离罐，经过降压分离得到 含浸膏99%的黄绿色产物。
SC—CO2的以下一些性质有利于细胞破碎： ①在近临界点，SC—CO2 的微小压力变化导致其 体积变化很大，其能量变化很大，所以SC— CO2可破坏较厚的细胞壁，如常见的酵母等。
3、SC—CO2的细胞破壁技术
② SC—CO2 对细胞壁中的少量脂类有萃取作用，
会破坏细胞壁的化学结构，造成细胞壁在某些 位置上的损坏。这种方式破坏的细胞壁碎片较 大，使下游分离过程易于进行。 ③ CO2 节流膨胀是吸热降温过程，这个性质可防
11
图24 RESS流化床颗粒包覆试验系统
1.CO2钢瓶 2.冷却器 3.泵 4.流量计 5.加热器 6.萃取柱 7.喷嘴 8.流化床 9.分布器 10.空气流量计 11.风机
RESS技术的应用 超细颗粒制备 包覆涂膜
药物输送
气体抗溶剂结晶（GAS）技术
GAS的主要原理：
当高压气体溶入含有溶质的溶液相内，使 其中的溶剂发生迅速膨胀，于是大大降低 了溶质在其中的溶解度，导致该溶质的快 速结晶析出。
三、 超临界CO2的溶剂特征
１、超临界CO2 的相图：
在临界点附近，密度线聚集于临界点周围，压力 或温度小范围的变化，就会引起CO2 密度的大幅度
变化。由于CO2溶解、萃取物质的能力与CO2 本身
的密度成正比，这就意味着只要通过改变压力或温
第6章-超临界微粒化技术
L 5 mm; D = 25 ~ 60 m
超临界溶液在非常短的时间(10-8 ~
10-5 s) 内通过此喷嘴，实现快速减压膨胀，并形 成以音速传递的机械扰动
过饱和比 106
RESS工艺特点
快速降压产生的极高过饱和度
快速推进的机械扰动
RESS工艺优点
产品纯度高，溶剂残留少
制备超细粒子的新方法 分类
○ 超临界溶液快速膨胀法
○ 超临界反溶剂法
○ 超临界干燥法 ○ 超临界流体微乳法 ○ 超临界流体反应法 ○ 耦合方法
6.2 超临界溶液快速膨胀技术
(Rapid Expansion of Supercritical Solution, RESS)
6.2.1
过程原理 6.2.2 工艺流程与特点 6.2.3 影响因素 6.2.4 理论模型 6.2.5 应用 6.2.6 改进技术
机溶剂而不深于超临界流体的任何固体
用于炸药、有机物、聚合物、生化药物、
酶、天然产物的微粒制备
6.4 超临界流体干燥技术
优点
(Supercritical Fluid Drying, SFD)
可有效克服使凝胶粒子聚集的表面张
力效应
避免物料在干燥过程中收缩，保持湿
凝胶原有的结构和状态，防止凝胶收 缩团聚
操作温度低，特别适用于热敏性物质 减少了废水排放和回收溶剂时的能耗
工艺流程简单，收率高
所得晶体粒径分布狭窄且易于调控
6.2.3 影响因素
喷嘴结构 溶质浓度
膨胀前后温度
膨胀前后压力 携带剂
6.2.5 RESS应用
药物 聚合物 有机物 无机陶瓷材料 ……
超临界流体技术简述
超临界流体技术在煤炭化学工业中的应用
应 用
中国矿业大学化工学院
超临界流体技术在煤炭化学工业中的应用
煤的超临界流体液化就是在超临界状态 煤的超临界流体液化就是在超临界状态 煤直接液化技术. 下,煤直接液化技术.
煤直接液化是在溶剂和催化剂作用下, 煤直接液化是在溶剂和催化剂作用下,加 热加压至超临界温度和压力(大于400 400℃ 热加压至超临界温度和压力(大于400℃ 15MPa), ),加 CO裂化 热解, 裂化( 和15MPa),加H2或CO裂化(热解,溶剂 萃取,非催化裂化等)成液体烃类, 萃取,非催化裂化等)成液体烃类,生成 少量气体烃,脱除煤中氮, 少量气体烃,脱除煤中氮,氧,硫等杂原 子的转化过程. 子的转化过程.
压力
1717-19MPa 30MPa 1010-20MPa 17MPa
温度
430-465℃ 430-465℃ 470℃ 470℃ 350-450℃ 350-450℃ 420-450℃ 420-450℃
中国矿业大学化工学院
超临界流体技术在煤炭化学工业中的应用
美国HTI工艺 主要特点:以使用重油或原油为溶剂,在溶剂 的临界温度和压力以上反应,温度为420℃— 460℃,压力为17~20MPa;采用的催化剂为高活 性的钴—钼催化剂,反应器为液体循环沸腾床 ,达到全魂反应器模式,在高温分离器后面串 联有在线加氢固定器反应器,对液化油进行加 氢精制,固液分离采用超临界流体萃取方法, 以从渣油中最大限度的回收中质和重质油.
中国矿业大学化工学院
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传统溶剂的理想替代——超临界CO ——超临界 传统溶剂的理想替代——超临界CO
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无色,无味,无臭,不燃烧,化学性 质稳定 不会形成光化学烟雾,也不会破坏臭 氧层
超临界流体的技术
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。
什么是超临界流体？？？
• 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
• 超临界技术の唯一缺点是涉及高压系统，大规模 使用时其工艺过程和技术的要求高，设备费用也 大。但由于他有点甚多，仍受到重视。 • 1988年国际超临界流体会议之后，超临界流体涉 及的范围已经非常广泛，如在超临界流体中异丙 苯的氧化、光化学反应、酶反应、加速气固相反 应及酶的催化等。当今社会，随着人们对纯天然 产品的需求，对新的健康食品和药品的需求，对 绿色过程的需求使得这一技术越来越受到人们欢 迎。这预示着超临界流体技术的应用前景甚为广 阔。 •
超临界水氧化技术
• 超临界水具有通常状态下水所没有的一些特殊性 质，他非但可以和空气、O2、N2、CO2等气体 完全互溶，而且在25MPa和673K以上还可以和一 些有机物质均相互溶。 • 超临界水氧化法：超临界水中同时溶有O2和有机 物质，则有机物质在很短的时间内即可迅速被氧 化成H2O(l), N2(g),CO2(g)和其他小分子。 • 该方法可用于各种有毒物质的废水处理。产物清 洁，不需要进一步加工，可以全封闭处理。在低 的有机物含量下，可实现自热。这一新技术深受 广泛关注。
超临界流体超细微粒制备技术综述
超临界流体超细微粒制备技术综述超细微粒，尤其是纳米级微粒的研制，已成为当前科技中一个非常热门的领域。
在材料、化工、生物医药、催化剂、电子、轻工业、冶金等领域得到广泛应用。
。
。
-A ssisted M icro-E ncapsulation)及在这些传统制备微粒的方法是将原料药通过粉碎、研磨、球磨后的物理筛分法进行的，其粒径大小、均匀程度和圆整性都难以达到理想的效果，致使颗粒的流动性、可压性不理想。
传统的化学法曾用蒸发、加热、冷却或在溶液中添加另一组分以降低溶质的溶解度，使溶质从饱和的溶液中沉积，形成结晶或无定型粉末，该方法晶粒粒径分布范围仍较大，且易产生不同的晶型。
寻求制备结晶纯度高、粒度均匀、流动性好及具有精确粒径的超微粒子的方法成为研究热点。
超临界流体技术（SFT ）是近年制备超细微粒、控缓释微球的新技术，其理论和实践工作正在开展超临界流体制备超细微粒技术的基本原理为：在SCF 形成的条件下，使溶质充分溶解成饱和溶液，降低压力，导致过饱和，使溶质微粒匀成核，制备出的微粒具有粒径分布窄、结晶度高、表面圆整等优点。
同时还能提高药物的化学纯度，降溶剂残留量。
由于SCF 具有巨大的可压缩性，可以通过调节压力、温度，方便地对溶液的过饱和度进行节，以控制粒径尺寸在一定范围内。
另外，通过控制不同的实验条件，微粒的晶型纯度也能达到很高水平根据应用方向的不同，超临界流体超细微粒制备技术可分为：超临界溶液的快速膨胀微粒制备技术(RESS - R apid E xpansion of S upercritical S olutions)、超临界反溶剂微粒制备技术(SAS - S upercritical A nti-S olvent ，包括了GAS 气体反溶剂、PCA 压缩流体反溶剂沉淀技术、SEDS 超临界流体增大溶液分散和ASES 气溶胶溶剂萃取系统等技术)、气体饱和溶液微粒制备技术(PGSS - P articles from G as S aturated S olutions)、膨胀液体有机溶液降压微粒制备技术(DELOS - D epressurization of an E xpanded L iquid O rganic S olution)、流体辅助微囊包装技术(FAME - F luid 技术的基础上开发出来的超细微粒制备新技术等。
超临界流体技术介绍
• 把气体压缩到临界点以上，使之成为超临 界状态，此气体对溶质的溶解能力就会大 大增强。超临界萃取就是利用处于临界压 力和临界温度以上的流体具有的这一特异 性能而发展起来的一种新型化工分离技术。
• 各种气体的临界温度、 压力是不同的。一般 而言，分子极性较强 的气体，容易液化， 临界温度高，临界压 力低，如氨气、二氧 化硫等气体；相反一 些极性弱的气体不易 液化，临界温度低， 相应的临界压力也高， 如氢气、氦气等。临 界状态是气态向液态 过渡的一种源自间状态， 即气、液两相共存的 状态。
• 萃取能力与溶质化学结构有关 ，碳氢化合物及极 性小的亲脂性化合物，如酯、醚、内酯和环氧化 合物容易萃取 • 相对分子质量在 200～400内的组分容易萃取 • 化合物的羟基、羰基越多，极性越大，就越难萃 取，如糖、 氨基酸等 • 化合物的分子质量越大越难萃取，如高分子化合 物、蛋白质、树胶等 • 对于分子质量较大的苷类及萜类，单纯用超临界 流体萃取效果不好，如提高萃取压力在 30 MPa以 上，加入表面活性剂或适量 的乙醇为夹带剂，提 高溶剂的极性增加这类成分的溶解度，萃取率明 显提高。
超临界流体萃取的特点
• 4.被称为绿色无污染工艺。用CO2做超临界流体， 被称为绿色无污染工艺。 做超临界流体， 被称为绿色无污染工艺 做超临界流体 可以消除溶剂污染及成品中的溶剂残留。 可以消除溶剂污染及成品中的溶剂残留。 • ５.萃取后溶质很容易分离。通过降压或升温就可 萃取后溶质很容易分离。 萃取后溶质很容易分离 以实现溶剂与溶质的完全分离． 以实现溶剂与溶质的完全分离． • ６.易于控制，操作控制参数主要是压力和温度。 易于控制， 易于控制 操作控制参数主要是压力和温度。 • ７．超临界萃取过程在高压下操作，设备费一般 超临界萃取过程在高压下操作， 较高。因此，适用于具有较高附加值成分的分离。 较高。因此，适用于具有较高附加值成分的分离。
实验超临界流体技术制备药物纳米颗粒
实验超临界流体技术制备药物纳米颗粒超临界流体(SCF)指温度和压力处在临界点以上的流体，具有与液体相近的密度，与气体相近的黏度。
SCF的温度、压力稍有变化,其密度会有显著变化。
致使溶质在其中的溶解度发生明显变化。
SCF抗溶剂技术应用于药物微粉化，有着独特的优势，它能够克服传统制备方法如研磨、喷雾干燥法等技术缺陷，具有绿色环保、处理过程温和、操作条件易于控制，无有机溶剂残留等优点，有利于药物的稳定，尤其适用于温敏性药物。
制备出的药物粒子粒径小、粒径分布窄、粒子均一及表面圆整，现已越来越多地应用到药物的微细化和药物－聚合物复合载体的制备等领域。
超临界流体强制溶液分散法(olutionenhanceddiperionbyupercriticalfluid,SEDS)原理是：利用同轴通路的特制双层喷嘴，高速流动性的SCF把同时导入的活性物质溶液分散成小液滴并喷入沉淀槽，在减小液滴粒径的同时加快分散和膨胀速度，使雾化液滴和迅速混合同步操作，从而减小成核粒径，加速微粒的形成。
粒子尺寸和形态与Reynold数、溶液和SC-CO2流速、喷嘴结构等参数有关。
经由喷嘴的高速SC-CO2向流出喷嘴的溶液提供动能，以使其散裂成非常细小的雾滴，并加剧雾滴与SC-CO2的混合，同时SC-CO2作为抗溶剂向雾滴内部扩散造成溶液过饱和而沉淀出更为细小的微粒。
在这一过程中，利用SCF的化学性质和机械特性达到“增强喷雾”的效果，最终达到将微粒化的目的。
该方法在药用聚合物微粒、药物缓释微粒的制备方面已有了一定的应用。
一、实验目的1）了解使用超临界流体技术原理。
2）掌握超临界抗溶剂技术在药物微细化领域的应用。
3）熟悉超临界设备的构造。
二、实验内容1）超临界实验装置的安装和拆卸；2）甲氨蝶呤的微细化；3）微细化颗粒的观察。
三、实验时间步骤所需时间/h配制试剂、了解仪器、安装装置2调节系统平衡2药物微细化过程4收集样品、清洗仪器2药物颗粒形貌观察、粒度及其分布测试3四、实验原理超临界抗溶剂技术是以超临界流体作为反萃取剂，溶质与溶剂互溶，溶质在SCF中的溶解度很小；而溶剂在SCF中溶解度很大。
现代化工技术选讲-超临界流体
现代化工技术选讲------超临界流体(SC-CO2)在学习了最基础的化工知识后，现代化工技术选讲又为我们带来现代化工中运用的技术。
有着丰富实际经验，从事研究工作的老师们带领我们大致了解了化工技术。
随着化工的发展，化工技术也在与日扩展，应用范围越来越广泛，生活中处处可见，绿色化学，石油化工，可再生植物资源…化学工程技术能创造性的提供解决这些问题的答案。
需要我们在研究中寻找绿色，经济，方便的途径去获得。
在课程学习中，我们初步了解纳米材料，催化剂，超临界流体，能源化工基础，化工物性数据与分子模拟等。
基于对超临界流体的兴趣，我选择超临界物质作为该课程的论文主题，论述超临界流体的特殊性质，着重说明超临界二氧化碳流体(SC-CO2)。
二氧化碳作为一种常见物质，性质较为稳定，是从我们刚开始学习化学起就开始接触的物质，在常人印象里最为普通，却能在特殊状态下发挥它优秀的特质，优点突出，侧面反映化工技术广阔的前景，无法估量的未来。
超临界流体（一）基本概念：（1）流体：气体和液体总称为流体，两者富有流动性，且有相似的运动规律。
（2）临界状态：物质的气液两台能平衡共存的一个边界状态。
在这个状态下，液体和它的饱和蒸汽密度相同，因而它们的分界面消失，这状态只能在一定温度和压强下实现，此时的温度和压强分别称为“临界温度”和“临界压强”（3）超临界流体：指物质处于其临界温度和临界压强以上而形成的一种特殊状态的流体。
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。
本文主要论述超临界二氧化碳的性质及其运用。
（二）特性：超临界流体具有类似气体的扩散性及液体的溶解能力，同时还兼具低黏度，低表面张力的特性，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。
（三）超临界流体萃取：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来进行超临界流体萃取分离.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.（四）优点：(1)萃取时间短:由于超临界流体强穿透力和高溶解度,它能快速地将提取物从载体中萃出,既节省溶剂,又减少了能源和人力的费用。
(2021)第六部分超临界流体中或超临界条件下的化学反应完美版PPT
（2）传质慢
（3）反应速率慢
（4）过程常常涉及到催化剂表面积炭的问题，会使 得催化剂堵塞、失活。
SCF作为介质或参与反应，可以克服困难。以煤 的液化为例，主要有三个特征：
（1）SCF中产物迅速扩散，有效除去反应热。
（2）SCF中可保存烯烃，防止进一步氧化。
（3）SCF原位萃取，有效萃取吸附于催化剂表面的 中间产物，如蜡质等，是产物的吸附、脱附平衡 显著移动.
热解反应（pyrolysis reaction)
SCF溶解反应产物，产物移出高温区，可防止进一步的分解 而积炭，提高选择性，降低炭的形成。
SCF使热解反应温度下降。对于传统的热解反应，高温提高 反应物蒸汽压和提供热能；SCF能溶解产物，结果会使反应 温度有所下降.
热有机反应
热、高温——提高反应速率。但分子间反应很少在 300度以上完成。如C-C或烃类在300度以上时为热解 区域。
(6)选择性的变化
压力对ΔV#有影响。当压力对某个反应特别有利 时，在适当的温度范围内，压力可以提高选择性。
(7)局部密度的影响
光谱测量结果和理论都表明，SCF包围在溶质分 子（尤其在临界点附近），使局部密度高于本体密 度，导致溶质在SCF中的偏摩尔体积有巨大的负值， 这是压力效应的作用。
局部密度高（聚集体）
要预测压力对反应速率的 kbm影响，就要计算ΔV# ， 此时必须要用EOS进行估 算。
例如——异戊二烯和顺丁 烯二酸酐在SCF中的反应， 在35℃时，压力增加1 MPa, kbm增加一倍。
用P-R方程和溶剂在过渡态 分子周围电缩作用 （electrostriction)的外加 项估算压力对ΔV#的影响， 最高值可达-14000ml/mol.
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超临界流体技术
在超细微粒制备中的应用
6.1 纳米粒子
- 纳米粒子简介 - 基本物理效应 - 应用
- 传统制备方法
纳米粒子
纳米粒子是指尺度为纳米量级的超细微粒，介 于宏观物体和微观分子原子之间，粒径一般在子尺寸效 应和宏观隧道效应
超临界流体微粒化技术
6.2.1 过程原理
利用溶质溶解度随超临界流体密度变化的特
点，当从超临界流体状态迅速膨胀到低压、 低温气态时，溶质溶解度急剧下降，产生极 高的过饱和度，从而瞬间成核、生长并沉积 形成大量粒径及形态均一的超细微粒
要求溶质必须能够溶于超临界流体
6.2.2 工艺流程与特点
关键部位：特制的微细喷嘴
重要特征：溶质在有机溶剂中有一定溶
解度，超临界流体与有机溶剂有很强互 溶能力，溶质在超临界流体中不溶或溶 解度很小
6.3.2 工艺流程和特点
溶液中的溶剂会被超临界流体完全溶解，析 出的溶质可以是无污染的干燥粉体 通过控制超临界流体与溶液的混合速率，控 制溶质的析出速率，从而控制析出粉体的大 小与形状 可以获得尺寸小、粒径分布均匀的微粒，且 微粒中溶剂含量比传统方法少得多，大大提 高了产物纯度
机溶剂而不深于超临界流体的任何固体
用于炸药、有机物、聚合物、生化药物、
酶、天然产物的微粒制备
6.4 超临界流体干燥技术
优点
(Supercritical Fluid Drying, SFD)
可有效克服使凝胶粒子聚集的表面张
力效应
避免物料在干燥过程中收缩，保持湿
凝胶原有的结构和状态，防止凝胶收 缩团聚
6.3 超临界流体抗溶剂技术
Supercritical Antisolvent, SAS Or Gas Antisolvent, GAS
6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.3.4
过程原理 工艺流程与特点 主要影响因素 应用
6.3.1 过程原理
首先溶质溶解于一种有机溶剂中，再将
超临界流体加入此溶液，超临界流体在 溶剂中溶解度很大，降低了溶质在其中 的溶解度，导致溶质过饱和沉析
L 5 mm; D = 25 ~ 60 m
超临界溶液在非常短的时间(10-8 ~
10-5 s) 内通过此喷嘴，实现快速减压膨胀，并形 成以音速传递的机械扰动
过饱和比 106
RESS工艺特点
快速降压产生的极高过饱和度
快速推进的机械扰动
RESS工艺优点
产品纯度高，溶剂残留少
操作温度低，特别适用于热敏性物质 减少了废水排放和回收溶剂时的能耗
工艺流程简单，收率高
所得晶体粒径分布狭窄且易于调控
6.2.3 影响因素
喷嘴结构 溶质浓度
膨胀前后温度
膨胀前后压力 携带剂
6.2.5 RESS应用
药物 聚合物 有机物 无机陶瓷材料 ……
6.5 超临界微乳法
(Supercritical Fluid Micro-emulsion)
在传统微乳法的基础上发展起来
超临界微乳法
用超临界流体代替有机溶剂
形成二氧化碳包水的微乳液，简称超临界 二氧化碳微乳液； 由水、二氧化碳和表面活性剂组成
传质快，反应速度快 避免有机溶剂的使用 简化产品分离过程
工艺优点
非常适用于难溶于超临界流体的固体 避免产品中的溶剂残留 溶剂与抗溶剂易于分离，工艺步骤简化 适于热敏物质的分离 颗粒形态、尺寸及分布易于调控
6.3.3 主要影响因素
操作方法 溶液浓度
反溶剂的选择
压力 温度 溶液膨胀速率
6.3.4 应用
起步较RESS晚 适用范围更广，可用于那些能溶于液相有
制备超细粒子的新方法 分类
○ 超临界溶液快速膨胀法
○ 超临界反溶剂法
○ 超临界干燥法 ○ 超临界流体微乳法 ○ 超临界流体反应法 ○ 耦合方法
6.2 超临界溶液快速膨胀技术
(Rapid Expansion of Supercritical Solution, RESS)
6.2.1
过程原理 6.2.2 工艺流程与特点 6.2.3 影响因素 6.2.4 理论模型 6.2.5 应用 6.2.6 改进技术