關(guān)于超臨界溶劑中的膠體與界面現(xiàn)象及其應(yīng)用

1、關(guān)于超臨界溶劑中的膠體與界面現(xiàn)象及其應(yīng)用超臨界流體具有很多特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，利用這些特殊的性能以及它作為單一的一相與液相或固相之間的作用可以在很多領(lǐng)域產(chǎn)生一系列意想不到的極佳效果。在較寬的溫度和壓力范圍內(nèi)觀(guān)察實(shí)際氣體的PVT性質(zhì)發(fā)現(xiàn)，除了實(shí)際氣體的液化之外，還有一個(gè)與這一過(guò)程密切相關(guān)的狀態(tài)臨界狀態(tài)。隨著分子間距離的變?。ㄈ绲葴貕嚎s過(guò)程），分子間力將從吸引轉(zhuǎn)為排斥，勢(shì)能存在一個(gè)最小值。因?yàn)闅怏w的液化是靠分子相互間的引力勢(shì)能克服分子本身的熱運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由于上述勢(shì)能存在一個(gè)最小值，必將導(dǎo)致氣體液化存在一個(gè)最高溫度，即一種純氣體的溫度超過(guò)某一個(gè)值后，加壓再無(wú)法克服分子的熱運(yùn)動(dòng)而使氣體液化，這一定值

2、所對(duì)應(yīng)的物質(zhì)的狀態(tài)即為臨界狀態(tài)。如圖：圖1 CO2的PT圖純物質(zhì)臨界點(diǎn)具有三個(gè)特征：（1）臨界點(diǎn)處液體與氣相T，P相同。（2）在氣液共存溫度中，臨界點(diǎn)溫度最高。（3）在氣液共存的壓力中，臨界點(diǎn)的壓力最高。同時(shí)，在臨界狀態(tài)下，物質(zhì)氣液兩相必有相同密度（二元溶液臨界點(diǎn)不同于純組分，不做詳細(xì)介紹）。當(dāng)超過(guò)臨界點(diǎn)時(shí)，物質(zhì)以超臨界流體的狀態(tài)存在，即在超臨界狀態(tài)下，隨溫度或壓力的升降，流體的密度會(huì)發(fā)生變化，但此時(shí)的物質(zhì)既不是氣體也不是液體，而始終保持流體狀態(tài)。如下表所示：從上表給出的物理性質(zhì)比較中可看出超臨界流體的密度，擴(kuò)散系數(shù)，黏度等恰好位于氣體與液體之間。物質(zhì)在超臨界狀態(tài)下具有的特殊性質(zhì)是它們超乎尋常

3、的溶解力，它們的溶解能力是密度的函數(shù)，將超臨界流體作為化學(xué)反應(yīng)中的溶劑并利用化學(xué)平衡中的超臨界效應(yīng)，可以在一定范圍內(nèi)控制并調(diào)整反應(yīng)的平衡常數(shù)，變換若干平行反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的選擇性。超臨界流體還可以用于沉積金屬界面膜，為光學(xué)，電子學(xué)以及材料科學(xué)等領(lǐng)域提供性能更加優(yōu)越的功能材料，例如TiO2膜。與其他金屬氧化物的沉積方法比較，在超臨界流體中形成沉積膜的特點(diǎn)可以概括為：（1）高溶質(zhì)濃度下，快的沉積速度。（2）低的沉積溫度和得到薄而均勻的沉積膜。所以，使用超臨界流體沉積金屬界面膜與以往的辦法相比有很大優(yōu)勢(shì)，例如使用TTIP（鈦酸四丙脂）生產(chǎn)TiO2膜，若采用化學(xué)蒸汽沉積法（CVD法，目前使用最多），沉積速度一

4、般在0.01至幾微米/小時(shí)之間，若利用超臨界的CO2與異丙醇混合物對(duì)溶質(zhì)強(qiáng)烈的溶解力，使得TTIP在這種超臨界流體中基板表面濃度可達(dá)0.02mol每平方厘米，該值比在CVD法中約大10005000倍，當(dāng)形成霧滴的直徑在30mm左右時(shí)，流體為均勻的單一相，此后，膜形成的速度非?？?，當(dāng)T小于300攝氏度并在時(shí)間不足10分鐘的條件下得到了由大小為200至400納米的粒子所構(gòu)成的厚度為1到2微米的均勻銳鈦礦結(jié)構(gòu)的薄膜。由此可見(jiàn)，將超臨界流體用于沉積膜有其他方法無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。超臨界流體還可以作為乳狀液中的連續(xù)相，形成的微乳狀液或反向膠束具有在普通介質(zhì)中所不具備的特殊性質(zhì)。選擇乙烷（臨界溫度為32.4攝

5、氏度）為超臨界溶劑，研究發(fā)現(xiàn)，超臨界流體中的反向膠束性質(zhì)與普通溶劑中的有很大差別：（1）溶劑的密度和黏度都有所提高。（2）同樣的壓力范圍內(nèi)，在超臨界條件下的擴(kuò)散系數(shù)增大的幅度大于在溶液條件下擴(kuò)散系數(shù)增大的幅度。如表2：（3超臨界乙烷中水化半徑減小的速度比在液體乙烷中要快的多。反向膠束在很多領(lǐng)域有重要作用，如它可以作為氣相色譜中的流動(dòng)相，可以用于蛋白質(zhì)在水溶液中的分離，還可以作為某些反應(yīng)的反應(yīng)介質(zhì)等。掌握超臨界流體中反向膠束的特殊性質(zhì)可以更好的將其應(yīng)用于科學(xué)研究及生產(chǎn)上。超臨界流體還有很多其他應(yīng)用，超臨界流體可作為萃取劑，例如CO2。CO2在超臨界狀態(tài)有液體高密度和氣體低黏度的雙重特性，且有很大擴(kuò)散系數(shù)，對(duì)于很多化學(xué)成分有很強(qiáng)的溶解能力，臨界溫度接近常溫，壓力易于達(dá)到，且穩(wěn)定，無(wú)毒，無(wú)色，無(wú)危險(xiǎn)，無(wú)污染制品，價(jià)格便宜，因此是比傳統(tǒng)萃取劑更為理想的萃取劑，只需控制溫度和壓力可達(dá)到萃取目的。如：它具有低溫萃取，不損壞被提取物，不需回收溶劑等優(yōu)點(diǎn)。此外，超臨界流體還可應(yīng)用于色譜分析中，分析