超临界流体技术.doc

超临界流体技术及工业应用举例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，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(supercritical fluid，简称SCF)。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。气体、液体和超临界流体的性质很强的溶剂化能力，良好的传质性能，溶解性能超临界二氧化碳 CO2临界温度和压力都较低，易于工业化。 CO2不可燃、无毒、化学稳定性好、易分离，不 会产生副反应并且廉价易得。 CO2来源于化工副产物，应用过程中易于回收， 能够减少温室气体的排放。 超临界CO2的溶解能力可通过流体的压力来调节。 超临界CO2处理后的产物易纯化、无溶剂残留。 超临界CO2对高聚物有很强的溶胀和扩散能力。 超临界CO2对含氟和硅聚合物具有优良的溶解性。应用： 萃取 材料加工 喷涂 发泡 增塑 清洗 制备超细微粒聚合反应介质超临界二氧化碳的应用萃取 萃取原理 超临界流体具有选择性溶解物质的能力，并随着临界条件（T，P）而变化。超临界流体可从混合物中有选择地溶解其中的某些组分，然后通过减压，升温或吸附将其分离析出。金属离子萃取烃类分离共沸物分离高分子化合物分离超临界流体萃取的应用中草药提取酶，纤维素精制医药工业 化学工业植物油脂萃取酒花萃取植物色素提取天然香料萃取化妆品原料提取精制食品工业化妆品香料超临界流体萃取的方法1）极性小，分子量小的物质 超临界CO2直接萃取，20-70，8-40MPa（2）极性大，分子量适中的物质 超临界CO2 + 共溶剂（用量在5%以下）（3）极性大，分子量大的亲水化合物 超临界CO2 + 表面活性剂 + 水 （超临界流体包水核的微乳液体系）溶剂萃取和超临界萃取的对比超临界二氧化碳的应用喷涂涂料溶液： 成膜物 （聚合物、助剂等粘结成膜的物质） 液体溶剂（活性溶剂和稀释剂）活性溶剂：醇、酮、酯等 溶解成膜物质，降低溶液黏度，喷涂过程 、 中提供成膜流平 （快速、中速和慢速）稀释剂： 苯、二甲苯等喷涂温度：40-70 喷涂压力: 8.511MPa喷涂压力: 8.511MPa设备： 改进型无气喷涂系统 （喷枪、气料混合装置、气瓶）喷枪：流量阀和压力阀控制流量、压力、喷射角度和速度 控温性能好，使用过程中不会降温； 关闭射流不引起阀和喷嘴的颤动； 喷嘴中压力下降不要过大丙烯三聚氰酰胺 清漆工业应用实例： 1 .100%的全固分汽车面漆 （VOC含量为零，减少对金属的腐蚀） 2.汽车外用塑料件的单组分导电底漆 （一次喷涂就可以达到要求，操作简便，上漆率高，用量少）3 粘稠的聚氨酯涂料（外观好，提高防缩孔性，防桔皮性和抗酸蚀性，上漆率高）4醇酸树脂涂料（上漆率由45%提高到70%，废水处理成本降低65%，VOC下降60%）优点：（1）经济效益 节约涂料； 步骤简化，节约劳动力； 烘烤温度低，节约能量； 减少有机溶剂的使用，降低成本； 上漆率高，固体废物的排放费用减少（2）涂层性能 涂膜均匀；干燥较好；防腐蚀性优良 （3）环境与安全 减少VOC排放，减少易燃溶剂的储存和使用缺点： 相关知识和工艺的积累；现有设备需改造；涂料配方设计超临界二氧化碳的应用清洗 特点：极低的表面张力，较低的黏度和高扩散性，易渗入深孔、细缝等处 强的溶解能力，可有效清除弱极性的有机污染物无毒害、无腐蚀 不用水，不需干燥 是一种环保、高效的清洗技术 电子电器：印刷线路板、硅晶片、微电子器件等精密机械：精密轴承、微细传动组件、燃油喷嘴等国防工业：仪表轴承、航空电子、航空组建等光学工业：激光镜片、隐形眼镜、光纤组件等医疗器械：心律调整器、血液透析管、外科用具等（杀菌和清洗）食品行业：食用米（去除农药，杀死细菌和虫卵）超临界二氧化碳的应用发泡1）形成均匀的聚合物/CO2饱和体系（2）气核形成 压力骤降或温度升高时形成过饱和体系，产生气核（3）气泡增长 过饱和气体扩散入气核使其增长（4）微孔结构定型 通过淬火等方法使泡孔生长的热动力消失优点：无需有害溶剂，环境友好；无溶剂残留，不影响产品；对界面的浸润性好，利于微孔表面的修饰黏度低，不会阻塞孔道；传质速率快，节能主要发泡产品： 高抗冲聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰亚胺等为基体的发泡材料超临界CO 2的应用超细微粒制 超临界溶液快速膨胀法（RESS） （1）溶质溶于超临界流体 （2）在极短时间内通过特制喷嘴减压膨胀 （3）溶液高度过饱和，形成大量晶核，并迅速完超临界CO2快速膨