超臨界流體技術(shù)

1、超臨界流體技術(shù)第1頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三超臨界流體技術(shù) 超臨界流體的概念、特性 超臨界流體的應(yīng)用 超臨界流體萃取 超臨界流體噴涂 超臨界流體發(fā)泡 超臨界流體清洗 超臨界流體制備超細(xì)微粒 超臨界流體聚合第2頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三超臨界流體第3頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三性質(zhì)氣體超臨界流體液體1bar，1530Tc，PcTc，4Pc1530密度/(g/mL)(0.62)10-30.20.50.40.90.61.6黏度/g/(cms)(13)10-4(13)10-4(39)10-4(0.23)10-2擴(kuò)散

2、系數(shù)/(cm2/s)0.10.40.710-30.210-3(0.23)10-5氣體、液體和超臨界流體的性質(zhì)很強(qiáng)的溶劑化能力，良好的傳質(zhì)性能，溶解性能隨壓力變化第4頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三物質(zhì)沸點(diǎn)/臨界點(diǎn)數(shù)據(jù)臨界溫Tc/臨界壓Pc/Mpa臨界密度/(g/cm3)二氧化碳78.531.067.390.448水100374.222.000.344乙烷88.032.44.890.203乙烯103.79.55.070.20丙烷44.5974.260.220丙烯47.7924.670.23n丁烷0.5152.03.800.228n戊烷36.5196.63.370.232n

3、己烷69.0234.22.970.234甲醇64.7240.57.990.272乙醇78.2243.46.380.276異丙醇82.5235.34.760.27苯80.1288.94.890.302甲苯110.63184.110.29氨33.4132.311.280.24甲烷164.083.04.60.16常用超臨界流體的臨界性質(zhì)表第5頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三超臨界二氧化碳 CO2臨界溫度和壓力都較低，易于工業(yè)化。 CO2不可燃、無毒、化學(xué)穩(wěn)定性好、易分離，不 會(huì)產(chǎn)生副反應(yīng)并且廉價(jià)易得。 CO2來源于化工副產(chǎn)物，應(yīng)用過程中易于回收， 能夠減少溫室氣體的排放。 超

4、臨界CO2的溶解能力可通過流體的壓力來調(diào)節(jié)。 超臨界CO2處理后的產(chǎn)物易純化、無溶劑殘留。 超臨界CO2對(duì)高聚物有很強(qiáng)的溶脹和擴(kuò)散能力。 超臨界CO2對(duì)含氟和硅聚合物具有優(yōu)良的溶解性。第6頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三超臨界二氧化碳應(yīng)用： 萃取 材料加工 噴涂 發(fā)泡 增塑 清洗 制備超細(xì)微粒聚合反應(yīng)介質(zhì)第7頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三超臨界二氧化碳的應(yīng)用萃取萃取原理 超臨界流體具有選擇性溶解物質(zhì)的能力，并隨著臨界條件（T，P）而變化。超臨界流體可從混合物中有選擇地溶解其中的某些組分，然后通過減壓，升溫或吸附將其分離析出。第8頁，共28頁，2

5、022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三超臨界流體萃取的應(yīng)用醫(yī)藥工業(yè)化學(xué)工業(yè)食品工業(yè)化妝品香料中草藥提取酶，纖維素精制金屬離子萃取烴類分離共沸物分離高分子化合物分離植物油脂萃取酒花萃取植物色素提取天然香料萃取化妝品原料提取精制第9頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三（1）極性小，分子量小的物質(zhì) 超臨界CO2直接萃取，20-70，8-40MPa（2）極性大，分子量適中的物質(zhì) 超臨界CO2 + 共溶劑（用量在5%以下）（3）極性大，分子量大的親水化合物 超臨界CO2 + 表面活性劑 + 水 （超臨界流體包水核的微乳液體系） 超臨界流體萃取的方法第10頁，共28頁，2022年，5

6、月20日，9點(diǎn)58分，星期三二 氧 化 碳 氣 瓶貯 罐夾帶劑罐萃 取 釜解 析 釜解 析 釜分 離 柱箱冷計(jì)量流泵壓高泵壓高 超臨界流體萃取的流程第11頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三溶劑萃取超臨界萃取溶劑殘留不可避免完全無溶劑殘留，純凈存在重金屬無重金屬溶劑的溶解能力為定值溶解能力隨溫度和壓力變化可能使用高溫，熱敏物質(zhì)分解通常在較低溫度下，不分解存在無機(jī)鹽被萃取的問題無無機(jī)鹽殘留溶劑選擇性差選擇性好需額外的操作單元來脫除溶解在線分離，有效物質(zhì)收率高溶劑萃取和超臨界萃取的對(duì)比第12頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三超臨界二氧化碳的應(yīng)用噴涂涂料溶液

7、： 成膜物 （聚合物、助劑等粘結(jié)成膜的物質(zhì)） 液體溶劑（活性溶劑和稀釋劑）活性溶劑：醇、酮、酯等 溶解成膜物質(zhì)，降低溶液黏度，噴涂過程 、 中提供成膜流平 （快速、中速和慢速）稀釋劑： 苯、二甲苯等第13頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三超臨界二氧化碳的應(yīng)用噴涂超臨界CO2噴涂體系： 成膜物 超臨界CO2 10%-50% （稀釋劑） 慢速揮發(fā)性溶劑 （聚凝性、流平性、再流平性）超臨界CO2噴涂的適用范圍：各類熱固性、熱塑性聚合物配的清漆、色漆、閃光漆填料：鈦白、炭黑、鋁粉、碳酸鈣、硅石和瓷土聚合物與填料同CO2相容第14頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星

8、期三超臨界二氧化碳的應(yīng)用噴涂噴涂溫度：40-70噴涂壓力: 8.511MPa設(shè)備： 改進(jìn)型無氣噴涂系統(tǒng) （噴槍、氣料混合裝置、氣瓶）噴槍：流量閥和壓力閥控制流量、壓力、噴射角度和速度 控溫性能好，使用過程中不會(huì)降溫； 關(guān)閉射流不引起閥和噴嘴的顫動(dòng)； 噴嘴中壓力下降不要過大第15頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三超臨界二氧化碳的應(yīng)用噴涂丙烯三聚氰酰胺 清漆噴涂方式超臨界噴涂壓縮空氣噴涂黏度2Pas0.1Pas平均粒徑 /m3535大液滴體積分?jǐn)?shù)1%22 %小液體體積分?jǐn)?shù)11%19 %第16頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三超臨界二氧化碳的應(yīng)用噴涂工業(yè)應(yīng)

9、用實(shí)例：100%的全固分汽車面漆 （VOC含量為零，減少對(duì)金屬的腐蝕）汽車外用塑料件的單組分導(dǎo)電底漆 （一次噴涂就可以達(dá)到要求，操作簡(jiǎn)便，上漆率高，用量少）粘稠的聚氨酯涂料（外觀好，提高防縮孔性，防桔皮性和抗酸蝕性，上漆率高）醇酸樹脂涂料（上漆率由45%提高到70%，廢水處理成本降低65%，VOC下降60%）第17頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三超臨界二氧化碳的應(yīng)用噴涂?jī)?yōu)點(diǎn)：（1）經(jīng)濟(jì)效益 節(jié)約涂料； 步驟簡(jiǎn)化，節(jié)約勞動(dòng)力； 烘烤溫度低，節(jié)約能量； 減少有機(jī)溶劑的使用，降低成本； 上漆率高，固體廢物的排放費(fèi)用減少（2）涂層性能 涂膜均勻；干燥較好；防腐蝕性優(yōu)良 （3）環(huán)

10、境與安全 減少VOC排放，減少易燃溶劑的儲(chǔ)存和使用缺點(diǎn)： 相關(guān)知識(shí)和工藝的積累；現(xiàn)有設(shè)備需改造；涂料配方設(shè)計(jì)第18頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三超臨界二氧化碳的應(yīng)用清洗特點(diǎn)： 極低的表面張力，較低的黏度和高擴(kuò)散性，易滲入深孔、細(xì) 縫等處 強(qiáng)的溶解能力，可有效清除弱極性的有機(jī)污染物 無毒害、無腐蝕 不用水，不需干燥是一種環(huán)保、高效的清洗技術(shù)第19頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三超臨界二氧化碳的應(yīng)用清洗電子電器：印刷線路板、硅晶片、微電子器件等精密機(jī)械：精密軸承、微細(xì)傳動(dòng)組件、燃油噴嘴等國防工業(yè)：儀表軸承、航空電子、航空組建等光學(xué)工業(yè)：激光鏡片、隱

11、形眼鏡、光纖組件等醫(yī)療器械：心律調(diào)整器、血液透析管、外科用具等 （殺菌和清洗）食品行業(yè)：食用米 （去除農(nóng)藥，殺死細(xì)菌和蟲卵）第20頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三超臨界二氧化碳的應(yīng)用發(fā)泡熱誘導(dǎo)相分離法：孔在淬火過程中易粗化超臨界發(fā)泡：環(huán)境友好，泡孔密度高、直徑小（1）形成均勻的聚合物/CO2飽和體系（2）氣核形成 壓力驟降或溫度升高時(shí)形成過飽和體系，產(chǎn)生氣核（3）氣泡增長(zhǎng) 過飽和氣體擴(kuò)散入氣核使其增長(zhǎng)（4）微孔結(jié)構(gòu)定型 通過淬火等方法使泡孔生長(zhǎng)的熱動(dòng)力消失第21頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三超臨界二氧化碳的應(yīng)用發(fā)泡優(yōu)點(diǎn)：無需有害溶劑，環(huán)境友好；

12、無溶劑殘留，不影響產(chǎn)品；對(duì)界面的浸潤(rùn)性好，利于微孔表面的修飾黏度低，不會(huì)阻塞孔道；傳質(zhì)速率快，節(jié)能主要發(fā)泡產(chǎn)品： 高抗沖聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚酰亞胺等為基體的發(fā)泡材料第22頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三超臨界二氧化碳的應(yīng)用發(fā)泡飽和溫度40，發(fā)泡溫度120 飽和溫度60 ，飽和壓力20MPa 第23頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三超臨界二氧化碳的應(yīng)用發(fā)泡飽和溫度40，發(fā)泡溫度120 飽和溫度152 ，飽和壓力20MPa 第24頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三超臨界二氧化碳的應(yīng)用發(fā)泡PU 發(fā)泡第25頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三超臨界CO 2的應(yīng)用超細(xì)微粒制備超臨界溶液快速膨脹法（RESS） （1）溶質(zhì)溶于超臨界流體 （2）在極短時(shí)間內(nèi)通過特制噴嘴減壓膨脹 （3）溶液高度過飽和，形成大量晶核，并迅速完成生長(zhǎng)第26頁，共28頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)58分，星期三超臨界CO 2的應(yīng)用超細(xì)微粒制備阿司匹林1-5m 的微?；尹S霉素100150 nm / 1 m 的微粒萘普生+聚乳酸萘普生為核，聚乳酸為殼，粒徑為10-90 m 的微粒膽固醇200nm微粒水楊酸長(zhǎng)度為2-20