第六章 超临界流体萃取.doc

第六章超临界流体萃取 超临界流体：新世纪新概念超临界流体技术自上世纪70年代开始崭露头角，随后便以其环保、高效等显著优势轻松超越传统技术，迅速渗透到萃取分离、石油化工、化学反应工程、材料科学、生物技术、环境工程等诸多领域，并成为这些领域发展的主导之一。今后，随着人们对于超临界流体技术认识和研究的进一步深化，这一新兴技术必将得以更广泛和深入的应用，而超临界流体技术本身也必将对人类科技进步和经济发展产生深远的影响。 超临界流体萃取是一种以超临界流体作为萃取剂，从固体或液体中提取出待分离的高沸点或热敏性物质的新型萃取技术。 超临界流体（SCF）是状态处在高于临界温度、压力条件下的流体，它具有低粘度、高密度、扩散系数大、超强的溶解能力等特性。 当前，超临界流体技术已在许多领域得以广泛应用 超临界流体萃取技术 超临界流体萃取的基本原理 超临界流体萃取技术 超临界流体萃取条件的选择 超临界流体萃取技术的应用 超临界流体萃取技术的研究与进展 超临界流体萃取的基本原理临界温度(Tc)：当气体的温度高于某一数值时，任何压缩都不能使它变为液体。临界压力（Pc）：在临界温度下，气体能被液化的最低压力。超临界状态：当物质所处的温度高于临界温度、压力大于临界压力时 超临界流体萃取的基本原理超临界流体的密度为气体的数百倍，而其流动性和粘度仍接近于气体，扩散系数大约为气体的1％，而较液体的扩散系数大数百倍。 因此，物质移动成分配时，均比其在液体溶剂中要快。将温度或压力适宜变化时，可使其溶解度在I00~1000倍的范围内变化。超临界流体(SCF)是指处于临界温度(Tc)和临界压力(Pc)以上，其物理性质介于气体与液体之间的流体，见下表。相 密度(g/ml) 扩散系数(cm2/s) 粘度(g/cm.s) 气体(G) 10-3 10-1 10-4 超临界流(SCF) 0.3～0.9 10-3～10-4 10-4～10-3 液体(L) 1 10-5 10-2 这种流体(SCF)兼有气液两重性的特点，它既有与气体相当的高渗透能力和低的粘度，又兼有与液体相近的密度和对许多物质优良的溶解能力。因此，通过改变压力和温度，改变SCF的密度，便能溶解许多不同类型的物质，达到选择性地提取各种类型化合物的目的。 一来讲，超临界流体的密度越大，其溶解度就越大，反之亦然。 超临界流体中物质的溶解度在恒温下随压力P(P＞Pc时)升高而增大，而在恒压下，其溶解度随温度（T＞Tc时）增高而下降，这一特性有利于从物质中萃取某些易溶解的成分，而超临界流体的高流动性和扩散能力，则有助于所溶解的各成分之间的分离，并能加速溶解平衡，提高萃取效率。 所谓对比压力、对比密度或对比温度，是指操作压力、密度或温度与临界压力、密度或温度的比值。 超临界萃取大致在对比压力pr＞1，对比温度T r为0.9与1.2之间。在这一区域里，超临界流体具有极大的可压缩性。溶剂密度可从气体般的密度(ρ＝0.1)递增至液体般的密度(ρ＝2.0)。 由图可见，在1.0＜Tr＜1.2时，等温线在一定密度范围内(ρr=0.5～1.5)趋于平坦，即在此区域内微小的压力变化将大大改变超临界流体的密度如温度为37℃ (Tr＝310/304.2＝1.019)时，压力由7.2MPa (pr=7.2/7.38=0.976)上升到10.3MPa，密度可增加2.8倍。 另一方面，在压力一定的情况下(如1＜pr＜2)，提高温度可以大大降低溶剂的密度。 如压力在10.3MPa时，温度从37 ℃提高到92 ℃ 也可以使密度作相应的降低，从而降低其萃取能力，使之与萃取物分离。 流体在临界区附近，压力和温度的微小变化，会引起流体的密度大幅度变化，而非挥发性溶质在超临界流体中的溶解度大致上和流体的密度成正比。 超临界流体萃取正是利用了这个特性，形成了新的分离工艺。它是经典萃取工艺的延伸和扩展。 超临界流体的性质 超临界流体条件下的溶解度 现已确认，溶质在一种溶剂中的溶解度取决于二种分子之间的作用力，这种溶剂－溶质之间的相互作用随着分子的靠近而强烈地增加，也就是随着流体相密度的增加而强烈的增加。 因此，可以预料超临界流体在高的或类液体密度状态下是“好”的溶剂，而在低的或类气体密度状态下是“不好”的溶剂。 物质在超临界流体中的溶解度C与超临界流体的密度ρ之间的关系可以用下式表示： lnC=mlnρ+b m和b值与萃取剂及溶质的化学性质有关。选用的超临界流体与被萃取物质的化学性质越相似，溶解能力就越大。 在保持温度恒定的条件下，通过调节压力来控制超临界流体的萃取能力或保持密度不变改变温度来提离其萃取能力。 溶剂和溶质之间的分离(即萃取物的释