超临界流体及其应用

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1、超临界流体及其应用摘要：本文介绍了一种新的物质状态——超临界流体，介绍了它的相关特性，并对关于超临界流体近几年的研究做了简单介绍，以及对其发展前景做了展望。关键词：超临界流体相物质状态一、引言:通常我们对物质的认识足固态、液态、气态三种，然而随着科学的发展物态便无法简单的限制到这三态之间，一些新型物态陆续被提出。1879年克魯克斯(SirWilliamCrookes,1832-1919)首次发现等离了态(Plasma),作为一以由自由电了和带电离了为主要成分的物质，它无法被划分入岡液气三态，于是它被视为物质的第四态。1822年法国Cagniard在进行实验吋发

2、现超临界流体的特性，他将炮管密封，其中加入不同温度的流体，再放入燧石的小球，球在炮管中滚动吋会有声音的不连续变化，但当温度超过临界温度吋，声音的不连续变化消失了，炮管的流体屮液体和气体的密度变得相同，变成一个超临界流体的相，因此也没奋二相之间的相界限。这种特殊的相态同样无法划归入之前的三态，亦属一种新的相态。1877年德国科学家奥托•雷曼(OttoLehmann,1855-1922)运用偏光显微镜首次观察到了液晶化的现象，之盾和德国梢物生物学家弗里德里希•莱尼泽(FriedrichReinitzer,1857-1927)合作进一步研究，最终发现丫这种介于固体和

3、液体之间的新的相态一一液品。最近的研究乂表明更有超固态和中子态存在。当前人提出了这些新相态，我们似乎便可以突破思维定势，相信在气体之上、液气之间、固液之间、固体之下都有其他状态。当然也存在其他分类方式，科学家也按照分子之间的相互关系作分类，则存在固态、液态、气态、等离了态、费米了凝聚态和夸克-胶了•酱这儿种状态。似足任一种分类法无法完全涵谎所侖物质状态，我们同样相倍仍然还有很多物质形态是我们目前所无法解释的，这也是我们孜孜以求的目标。限于篇幅和所学知识，木文仅就超临界流体做一介绍。Figure1超临界流体相图二、超临界流体及其性质：当温度高于300K,压强人于

4、当物质超过临界温度和临界压力之上时，气体和液体的性质会趋于类似，最后会形成一个均匀相，在相阁中可以更清楚的看到：lOObar吋，两相分界线消失，此时液体和气体性质相似，这就是超临界流体。如果要得到超临界流体，显然温度和压强的控制是很重要的，下表足常见的儿种物质的临界温度和压强：Table1各种化学物质的临界压力、温度和密度物质分子质量临界温度临界压力临界密度g/molKkpag/cm3C0244.01304.172.80.469H.018.015647.096217.7550.322ch416.04190.445.40.162C2H5OH46.07513.96

5、0.60.276CAO58.08508.146.40.278M吋，我们A然可以想到，超临界流体同时有着液体和气体的优良性质。它具有气体的可压缩性，也可以像气体一样发生泻流现象，同吋柯着液体的流动性，密度0.ri.Og/ml之间的低密度。它的优良性质我们可以在卜*表中通过对比得出：Table2超临界流体的物理性质物质密度（kg/m3）粘度(PPa-s)扩散系数（ram2/s）气体1101-10超临界流体100-100050-1000.01-0.1液体1000500-10000.001(EditSzekely.SupercriticalFluidExtractio

6、n.BudapestUniversityofTechnologyandEconomics.2007.)同吋因为超临界流体不具奋液体和气体之间的相界限，所以不存在表面张力，这对于控制而言是很重要的一件事，因为我们知道为了实现精密控制我们需要变化连续发也，对初位连续，而由于液体的表而张力导致/在液体表而性质的不连续，这使得液体的控制足一个很大的难题。而超临界流体则不受此约朿，它有着良好的操控性，可以进行微调使其向需要的方向偏转。对于超临界流体的应川而言，最为重要的一个性质足它的溶解性，研究表明物质在超临界流体屮柯着良好的溶解特性，这与它的密度、粘度比、扩散系数、介

7、电常数等都有关系。这在萃取领域应用较为广泛。三、超临界流体的应用：超临界流体应用的范W主要是物质的分离提纯力*血。而UI前研究最为成功的，是C02超临界流体的萃取技术。C02的临界温度和临界压力均较低（见table1）,便于在实际操作中使用。超临界C02具有低粘稠度、高扩散性、易溶解多种物质且无莓无害的特性。M时物质的超临界体溶液也易于进一步分离。h前已经利用超临界（：02成功从咖啡豆中出去咖啡因，从烟草中脱去尼古丁，从大豆或玉米胚芽中分离廿油从桢物屮提炼精油等等。它优良的萃取性能对于一些超临界流体的W—个应用是色谱（SFC）,传统的气相色谱无法分析易挥发和热

8、不稳定的物质，液相色谱无法分析火焰化离