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超臨界流體技術

（化學術語）

鎖定
部分物質隨着温度和壓力的變化，會相應的呈現出固態、液態、氣態三種相態。三態之間相互轉化的温度和壓力稱為三相點，除三相點外，分子量不太大的穩定物質還存在一個臨界點，臨界點由臨界温度、臨界壓力和臨界密度構成，當把處於氣液平衡的物質升温升壓時，熱膨脹引起液體密度減少，壓力升高使氣液兩相的界面消失，成為均相體系，這一點成為臨界點。 [1] 
高於臨界温度和臨界壓力以上的流體是超臨界流體。超臨界流體處於氣液不分的狀態，沒有明顯的氣液分界面，既不是液體也不是氣體。由於超臨界流體處於超臨界狀態，對温度和壓力的改變十分敏感，具有十分獨特的物理性質，它的黏度低、密度大，有良好的流動、傳質、傳熱和溶解性能，因此被廣泛用於節能、天然產物萃取、聚合反應、超微粉和纖維的生產，噴料和塗料、催化過程和超臨界色譜等領域。將超臨界流體應用到這些領域中的技術統稱為超臨界流體技術。 [2] 
概述圖引自 [3]  。
中文名
超臨界流體技術 [4] 
外文名
Supercritical Fluid Technology [4] 
背    景
隨着經濟的發展，人們逐漸青睞於環保型的工藝生產過程 [5] 
優    點
綠色環保，經濟效益高 [5] 
缺    點
技術要求的操作條件苛刻，人們對超臨界流體技術的理論研究不深入 [5] 
應    用
超臨界萃取、顆粒製造、環境治理、化學反應、節能 [4] 

目錄

  1. 1 基本概念
  2. 2 特點
  3. 3 技術
  4. 4 技術優點及展望

超臨界流體技術基本概念

將超臨界流體應用於生產生活中的各個領域，如節能、天然產物萃取、聚合反應、超微粉和纖維的生產，噴料和塗料、催化過程和超臨界色譜等來獲得一定特性的產品，稱為超臨界流體技術。 [5] 

超臨界流體技術特點

超臨界流體具有液體和氣體的雙重特性，有與液體接近的密度，又與氣體接近的黏度及高的擴散係數，因此具有很強的溶解能力和良好的流動、傳遞性能。處於臨界温度和臨界壓力附近的超臨界流體密度僅僅是温度和壓力的函數，所以在合適的温度和壓力下，它能夠提供足夠的密度來保證足夠強的溶解性。 [2] 

超臨界流體技術技術

超臨界萃取技術（SFE）
1978年德國建成第一套萃取咖啡因的工業裝置以來，超臨界萃取技術受到人們廣泛關注。目前，超臨界萃取技術逐漸應用到食品、醫藥、香料和化工等領域。萃取過程主要採用超臨界二氧化碳作為萃取溶劑，超臨界二氧化碳溶解能力強、萃取能力高，分離工藝簡單，且二氧化碳低廉、無毒、惰性、無殘留，最具應用前景。 [4]  目前廣泛應用於產品、醫藥和化妝品行業。超臨界流體可從植物種子、果實、葉子和花朵等部位萃取出有機化合物，在植物油工業中，利用超臨界流體萃取技術來替代傳統提取、分離和分級分離過程，已有大量的應用研究。 [5] 
顆粒製造技術
固體溶質在超臨界流體中的溶解度由操作温度和壓力調節。溶解在高密度超臨界流體中的溶質通過噴嘴快速降壓後，固體溶質能夠以較細顆粒結晶析出並提供了一項超細顆粒的製造技術。該技術包含兩種實現方式，既快速膨脹法及抗溶劑法。研究者們在色素、藥物的超細顆粒製造做了大量的工作，且製備了尺寸可控，性能優異的超細顆粒。 [4]  以超臨界流體為溶劑製備鋰電池中正極材料LiCo-PO4，得到易於控制粒徑分佈的納米棒和納片，明顯改善了電池的循環和倍率等電化學性能。 [5] 
環境治理技術
超臨界流體的特殊性質和技術原理決定了其應用於環境保護的可能性和理論基礎。 [4]  傳統的處理方法不能徹底消除污染且能耗大，但超臨界水能把聚合物降解成單體和小分子物質用於回收利用。 [5]  超臨界方法再生活性炭技術、超臨界水氧化處理廢水技術逐漸應用到工業中來，在經濟、資源利用和環境保護方面具有明顯優勢。 [4] 
化學反應技術
研究表明，在超臨界條件下的化學反應，其反應選擇性、反應速率、化學平衡以及催化劑使用壽命等表現出傳統反應無法替代的優勢。此外，利用超臨界二氧化碳既作反應物又作反應溶劑的特點，可將二氧化碳轉換為環碳酸酯、聚碳酸酯、甲醇等高附加值產品。 [4]  超臨界二氧化碳對氫氣、氧氣等氣體有較好溶解能力，可用於催化加氫、催化氧化等反應。超臨界二氧化碳催化加氫生成甲酸、甲酸甲酯等有機物，為解決二氧化碳引起温室效應的問題提供了新方向。 [5] 
節能技術
20世紀60年代，人們提出了以超臨界水為原料來提高化石燃料發電傳熱效率的想法，體現了超臨界流體可用於能源領域的一個方面。隨後國內外學者以水為研究對象，對超臨界壓力下流體的傳熱特性進行了大量研究，發展了在超臨界壓力下鍋爐發電機組與核反應堆的超高熱流密度換熱技術，使傳熱效率提高到45% ～ 50%。傳熱過程主要利用超臨界狀態，尤其在臨界點附近熱物性變化劇烈，具有獨特的傳熱特徵。 [5] 
二氧化碳被譽為21世紀最具有前景的製冷劑，應用於空調和熱泵，有望解決目前使用的氯氟烴、氨氣等有毒製冷劑引起的破壞臭氧層和温室效應等問題。二氧化碳不僅是環境友好的工作介質，還具有較大的蒸發潛熱，單位體積製冷量比其他物質高，此優良的流動性與傳熱特性，能夠顯著減小設備尺寸，使得系統結構緊湊，運行維護簡單，且對設備無腐蝕作用。 [5] 

超臨界流體技術技術優點及展望

由於超臨界流體的特殊物理化學性質，超臨界流體技術的應用領域不斷擴展，超臨界流體除了應用於傳質萃取外，還可用於顆粒製造、環境治理、化學反應和節能方面。從超臨界流體的基礎數據、工藝流程到裝置設備等方面的研究也不斷地深入和全面，但對超臨界流體萃取本身的認識不夠透徹，在化學反應、傳質與傳熱過程的理論未達成共識等問題仍需深入研究，且超臨界流體操作壓力較高，對設備要求高，使得一次性投資較大問題限制其工業化規模的應用，有待進一步解決。隨着國內外學者對超臨界流體的更深入的研究，超臨界流體技術的工業化將具有更好的應用前景，給社會帶來更大的經濟效益和環保效益。 [5] 
參考資料