超临界流体.doc

超临界流体（英语：Supercritical fluid, SCF）是一种物质状态，当物质在超过临界温度及临界压力以上，气体与液体的性质会趋近于类似，最后会达成一个均匀相之流体现象。超临界流体类似气体具有可压缩性，可以像气体一样发生泻流，而且又兼具有类似液体的流动性，密度一般都介于0.1到1.0g/ml之间。超临界流体是温度和压力同时高于临界值的流体，亦即压缩到具有接近液体密度的气体。超临界流体的密度和溶剂化能力接近液体，粘度和扩散系数接近气体，在临界点附近流体的物理化学性质随温度和压力的变化极其敏感，在不改变化学组成的条件下，即可通过压力调节流体的性质。接近临界点时，压力或者温度的小变化会导致密度发生很大变化，因此使得超临界流体的许多特性可以被“精细调整”。超临界流体适合作为工业和实验室过程中的溶剂，而且可以取代许多有机溶剂。二氧化碳和水是最常用的超临界流体，分别被用于脱除咖啡因和发电。特性总体而言，超临界流体的属性介于气体和液体之间。在表1中，显示一些常用作超临界流体的化合物之临界性质。表1 各种化学物质的临界压力、温度和密度（Reid et al., 1987）物质分子质量临界温度临界压力临界密度克/摩尔K百万帕（标准大气压）g/cm3二氧化碳（CO2）44.01304.17.38 (72.8)0.469水（H2O，依IAPWS资料）18.015647.09622.064 (217.755)0.322甲烷（CH4）16.04190.44.60 (45.4)0.162乙烷（C2H6）30.07305.34.87 (48.1)0.203丙烷（C3H8）44.09369.84.25 (41.9)0.217乙烯（C2H4）28.05282.45.04 (49.7)0.215丙烯（C3H6）42.08364.94.60 (45.4)0.232甲醇（CH3OH）32.04512.68.09 (79.8)0.272乙醇（C2H5OH）46.07513.96.14 (60.6)0.276丙酮（C3H6O）58.08508.14.70 (46.4)0.278表2示出了典型的液体，气体和超临界流体的密度，扩散系数和粘度。液体，气体和超临界流体的比较1密度（kg/m3）粘度（Pas）扩散系数（mm/s）气体110110超临界流体1001000501000.010.1液体100050010000.001在超临界流体中没有液体及气体之间的相界限，因此不存在表面张力，借由改变流体的压力和温度，可以微调超临界流体的特性，使其更类似液体或是气体。物质在流体中的溶解度即为重要特性之一，在固定温度条件下，溶解度会随流体密度增加而增加。由于密度也是随压力增加而增加，因此在压力增加时，溶解度也会增加。溶解度和温度的关系比较复杂，在固定密度条件下，溶解度会随温度增加而增加，但靠近临界点时，温度轻微的增加会造成密度的大幅下降。因此靠近临界点时，随着温度上升，溶解度会先下降，然后再上升2。二种以上的超临界流体，只要温度及压力超过其临界点，二者均可以混溶，形成单一相的混合物。二元混合物的临界点可以用二超临界流体的临界温度及临界压力，再配合加权平均求得：Tc(mix)= （A的莫耳分率）x A的Tc+ （B的莫耳分率）x B的Tc若要有更高的准确度，临界点可以用像是彭-罗宾逊物态方程式之类的状态方程求得，或是用基团贡献（group contribution）法求得，像密度之类的其他性质，也可以用状态方程来计算3。超临界流体萃取因为超临界流体具有低粘度和高扩散系数，因此相较于一般的液体萃取，超临界流体萃取可以有较快的萃取速度。借由调整超临界流体的密度，可以进行选择性的萃取，而且在不加压的情形下，超临界流体会蒸发，残留溶剂的量非常少，甚至没有残留。二氧化碳是最常用的超临界流体溶剂，大量用在生咖啡豆的去咖啡因制程，或是在啤