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超临界流体技术

2022-03-30

什么是超临界流体?
    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超临界流体指的是处于临界点以上温度和压力区域下的流体,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 超临界流体的特性 超临界流体由于液体与气体分界消失,是即使提高压力也不液化的非凝聚性气体 超临界流体的物性兼具液体性质与气体性质。即,密度大大高于气体,粘度比液体大为减小,扩散度接近于气体。另外,根据压力和温度的不同,这种物性会发生变化,因此,在提取、精制、反应等方面,越来越多地被用来作代替原有有机溶媒的新型溶媒使用 例如,水的密度、离子、介电常数等以临界温度374℃为分界,发生急剧的变化。特别是在常温状态下极性溶媒-水的介电常数到了临界点以上会急剧减小,超临界水的介电常数减小到与有机溶媒相同的水平 由于这种特性,水在超临界状态,便具有与有机溶媒相同的特性,变成了可以与有机物完全混合的状态 热容量值有较大变化,这也是临界点非常独特的特性。临界点的热容量值急剧上升,几乎达到了无限大,然后再减小,如果恰当地利用这种特性,将能够得到一种非常优秀的热媒体。
    超临界流体特性技术 1)超临界水氧化技术 超临界水氧化技术是使废水在水的超临界条件(P>218atm, T>374℃)下与氧化剂(O2、Air、H2O2等)反应,把废水中含有的有机物分解成无害成份的技术在临界点以下的条件下,废水中含有的有机物处于并非与水完全混合的状态,形成界面(Boundary layer)。因此,为使有机物与氧气反应,实现氧化分解,需要把气体状态的氧气溶解到水中,溶解的氧气重新通过有机物界面,只有这样才能使有机物与氧气反应。因此,如要分解废水含有的有机物需要较多时间。不过,在超临界水状态下,水的特性与有机物相同,所以界面消失,超临界水的氧气溶解度也大大提高,实现了完全混合,使有机物与氧气能够自由反应,反应速度得到了急剧提高。因此,即使是难分解性有机物,也可以几乎100%分解。另外,超临界水氧化反应具有极快的反应速度,所以,即使以小型的设备,也可处理大量的废水,由于是在水中进行的氧化反应,不存在Sox、NOx等大气污染物质的排放
    超临界水氧化的优点 , 对难分解性有机物的高分解度(99.9999%以上)
    · 处理水及排放气体无害于环境
    · 排放气体:无Nox、Sox、Dioxins等
    · 处理水:可分解至排放水水平
    · 易于应对急剧变化的废水 ? 有利于化学工程
    · 迅速的氧化反应速度迅速 ? 设备的小型化
    · 可处理的废水浓度广(数ppm~数十%),无须2次处理
    超临界水的氧化缺点
    · 高腐蚀速度 ? 选择材料难
    · 无机物溶解度减小,诱发工程Plugging ? 连续运转难
    · 较高的初期投资费.
    2)超临界流体提取技术(SFE)
    利用超临界流体(二氧化碳等)的超临界流体提取技术与溶媒提取(Solvent Extraction)相比,在经济上与环境上都具有许多优点。但是,应用于天然物时,偏重于essential oil等非极性(nonpolar)物质,在高效提取polar的物质方面存在局限。但是,在*近对天然物中的多种物质进行探索及研究的过程中,不仅需要非极性物质的高效提取技术,还需要对polar的物质的高效提取的技术。
    3)超临界水解技术(NCH)
    超临界水(Near-critical water)是指处于临界点附近温度与压力条件下的液态水。近临界水虽然是液态,但一部分特性却与超临界水类似,与常温状态的水有许多不同特性,因此,正被试图用作新的反应溶媒