文档介绍：第六章超临界流体萃取
一. 序言
超临界流体萃取:是将超临界流体作为萃取溶剂的一种萃取技术,它兼有传统的蒸馏和液液萃取的特征,是适用面很广的一门新型分离技术。
超临界流体:是状态超过气液共存时的最高压力和最高温度下物质特有的点——临界点后的流体。通常有二氧化碳(CO2 )、氮气(N2 )、氧化二氮(N2 O)、乙烯(C2 H4)、三氟甲烷(CHF3 )等。
超临界流体(SCF)的特性
物质状态
密度(g/cm3)
粘度(g/cm/s)
扩散系数(cm2/s )
气态
(-2) ×10-3
(1-3) ×10-4
-
液态
-
(-3) ×10-2
(-2) ×10-5
SCF
-
(1-9) ×10-4
(2-7) ×10-4
由以上特性可以看出,超临界流体兼有液体和气体的双重特性,扩散系数大,粘度小,渗透性好,与液体溶剂相比,可以更快地完成传质,达到平衡,促进高效分离过程的实现。
超临界流体的密度接近液体,因此具有与液体相近的溶解能力。
超临界流体的粘度和扩散系数又与气体相近似,而溶剂的低黏度和高扩散系数的性质是有利于传质的。
由于以上特点,超临界流体可以迅速渗透到物体的内部溶解目标物质,快速达到萃取平衡。
二、超临界流体的萃取原理
真空“溶解”物质的能力极低。加入超临界气体萃取溶剂(接近于液体密度),溶质的溶解度与真空中的溶解度相比,大幅度增加(一亿多倍)。
物质之间的溶解能力主要取决于物质分子之间的相似性,一是分子结构相似,二是分子间的作用力相似。而分子结构之间的相似相溶在很大程度上也可以归结到作用能相似上。真空或萃取剂分子密度极低时,溶剂对溶质的作用能极小,溶质的溶解度也就极小了。
在超临界流体萃取中,主要是溶剂流体密度的大幅度增加导致溶剂对溶质的作用力大幅度增加,从而形成了溶解物质的能力,这个特性给溶剂流体回收、溶剂与溶质分离带来方便。
在超临界萃取后的分离操作中,可在与萃取温度相同的条件下,降低压力使溶剂的密度下降,引起其溶解物质的能力下降,就可以方便地进行萃取物与溶剂的分离。
提高萃取剂选择性的基本原则是:
①按相似相溶原则,选用的超临界流体与被萃取物质的化学性质越相似,溶解能力就越大。(P111)
②从操作角度看,使用超临界流体为萃取剂时的操作温度越接近临界温度,溶解能力也越大。
三、超临界CO2的溶剂特征
1、超临界CO2 的相图:
在临界点附近,密度线聚集于临界点周围,压力或温度小范围的变化,就会引起CO2 密度的大幅度变化。由于CO2溶解、萃取物质的能力与CO2 本身的密度成正比,这就意味着只要通过改变压力或温度来改变溶剂CO2 的密度,就可以改变其对物质的溶解能力。
特性:
通过压力或温度的改变可有效地萃取和分离溶质。
特点:
在临界点附近,
密度有很宽的变化范围;
温度,压力微调
可使密度显著变化