超臨界水_化學(xué)_自然科學(xué)_專業(yè)資料

1、當(dāng)水的溫度和壓強(qiáng)升高到臨界點(diǎn)（t=374.3°c, p=22.05mpa）以上時，水就處 于超臨界狀態(tài)，該狀態(tài)的水即稱之為超臨界水。超臨界水具冇通常狀態(tài)下水所沒 有的特殊性質(zhì)，它可以和空氣、氧氣及一些有機(jī)物質(zhì)均勻混合。密閉的容器中對水加壓，水的沸點(diǎn)就會提高。當(dāng)壓力達(dá)到220個大氣壓、 溫度達(dá)到374°c時，因高溫而膨脹的水的密度和因高壓而被壓縮的水蒸氣的密度 止好相同。此時，水的液體和氣體便沒有區(qū)別，完全交融在一起，成為一種新的 呈現(xiàn)高壓高溫狀態(tài)的氣體。這時，水便曲一般狀態(tài)變成為“超臨界水”。上述使 水氣交融的壓力和溫度，被稱作“臨界點(diǎn)”。超過“臨界點(diǎn)”狀態(tài)的水，就是超 臨

2、界水。超臨界狀態(tài)（sc）自從1869年andrews首先發(fā)現(xiàn)臨界現(xiàn)彖以來，各種研究工作陸續(xù)開展起來, 其中包括1879年hannay和hogarth測量了固體在超臨界流體屮的溶解度，1937 年michels等人準(zhǔn)確地測量了 co2近臨界點(diǎn)的狀態(tài)等等。在純物質(zhì)相圖上，一 般流體的氣一液平衡線有一個終點(diǎn)臨界點(diǎn)，此處對應(yīng)的溫度和壓力即是臨界 溫度（tc）和臨界壓力（pc）。當(dāng)流體的溫度和壓力處于tc和pc之上吋，那么 流休就處于超臨界狀態(tài)（supercritical狀態(tài)，簡稱sc狀態(tài)）。超臨界流體的許多 物理化學(xué)性質(zhì)介于氣體和液體z間，并具冇兩者的優(yōu)點(diǎn)，如具冇與液體相近的溶 解能力和傳熱系數(shù)，具有

3、與氣體相近的黏度系數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)。同時它也具有區(qū)別 于氣態(tài)和液態(tài)的明顯特點(diǎn)：（1）可以得到處于氣態(tài)和液態(tài)之間的任一密度；（2）在臨界點(diǎn)附近，壓力的微小變化可導(dǎo)致密度的巨大變化。由于黏度、介電常數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)和溶解能力都與密度冇關(guān)，因此可以方便 地通過調(diào)節(jié)壓力來控制超臨界流體的物理化學(xué)性質(zhì)。與常用的有機(jī)溶劑相比，超 臨界流體特別是sc c02、sc h20還是一種環(huán)境友好的溶劑。正是這些優(yōu)點(diǎn)， 使得超臨界流體具有廣泛的應(yīng)用潛力，超臨界流體萃取分離技術(shù)已得到了廣泛的 醫(yī)藥方面應(yīng)用。超臨界流體萃取(supercritical fluid extrac-ion, spe)是一項新型提取技術(shù)， 超臨界流體萃

4、取技術(shù)就是利用超臨界條件下的氣體作萃取劑，從液體或固體中萃 取出某些成分并進(jìn)行分離的技術(shù)。超臨界條件下的氣體，也稱為超臨界流體(sf),是處于臨界溫度(tc)和臨 界壓力(pc)以上，以流體形式存在的物質(zhì)。通常冇二氧化碳(c02)、氮?dú)?n2)、 氧化二氮(n2o)、乙烯(c2h4、三氟甲烷(chf3)等。超臨界流體萃取的基本原理：當(dāng)氣體處于超臨界狀態(tài)時，成為性質(zhì)介于液 體和氣體之間的單一相態(tài)，具有和液體相近的密度，粘度雖高于氣體但明顯低于 液體，擴(kuò)散系數(shù)為液體的10100倍，因此對物料有較好的滲透性和較強(qiáng)的溶解 能力，能夠?qū)⑽锪襄承┏煞肿饺〕鰜怼２⑶页R界流體的密度和介電常數(shù)隨著 密閉體系

5、壓力的增加而增加，極性增大，利用程序升壓可將不同極性的成分進(jìn)行 分部提取。提取完成后，改變體系溫度或壓力，使超臨界流體變成普通氣體逸散 出去，物料屮已提取的成分就可以完全或基木上完全析出，達(dá)到提取和分離的口 的。物質(zhì)的四種狀態(tài)(同態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)和超臨界狀態(tài))隨著它的溫度和壓力而改 變。以co2為例，co2在三相點(diǎn)(t)上，固、液、氣三相共存的溫度t(tr)為56.6°c (217k),壓力p(tr)為5.2x105pa。co2的蒸氣壓線終止于臨界點(diǎn)c(tc=31.3°c, pc=73.8xl05pa, pc=0.47 g/cm3)。超過臨界點(diǎn)以上，液氣兩相的界面消失，成為

6、超臨界流體(sf)2 o sf的擴(kuò)散系數(shù)(10-4cm2/s)比一般液體的擴(kuò)散系數(shù)( 10-5cm2/s)高一個數(shù)量級,而它的粘度(10-4n s/m2)要低丁一般液體( 10-3ns/m2)一個數(shù)量級。與液液萃取系統(tǒng)相比，sf系統(tǒng)具有較快的質(zhì)量傳遞和 萃取速度。因此能有效地穿入固體樣品的空隙中進(jìn)行萃取分離。sf的密度隨著 溫度和壓力改變，導(dǎo)致它的溶解度參數(shù)(solubility parameter)的改變。在較低的密 度下，sf-co2的溶解度參數(shù)接近己烷；在較高的密度下，它可接近氯仿。因此 控制sf的密度(溫度和壓力)，可獲得所需耍的溶劑強(qiáng)度。這種能力使得sf可任 意改變?nèi)軇?qiáng)度而適合于不同的溶質(zhì)。一般而論，sf能有效地溶解非極性固體, 它亦能按溶質(zhì)的極性做選擇性的萃取，這在分離和分析化學(xué)的領(lǐng)域用途很廣。 co2具有較低的臨界溫度和壓力，且價格便宜，無毒，具有較低的活性，因此 sf-co2常被用來萃取非極性和略有極性的物質(zhì)。在超臨界狀態(tài)下，流體兼有氣 液兩相的雙重特點(diǎn)，既具有與氣體相當(dāng)?shù)母邤U(kuò)散系數(shù)和低粘度