超临界流体技术及其进展 □杨基础
□杨基础 超临界流体技术（ＳｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌＦｌｕｉｄＴｅｃｈｎｏ- ｌ
超临界流体技术（ＳｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌＦｌｕｉｄＴｅｃｈｎｏ- ｌｏｇｙ）是一项全新的化学工程基础技术。所谓超临界流体，是指其温度及压力处于临界温度及临界压力以上的流体。超临界流体兼有液体和气体的优点，密度大，接近于液体。粘度小，扩散系数大，接近于气体。超临界流体具有良好的溶解特性、传递特性和反应特性。而且，在临界点附近，超临界流体的这些特性对压力和温度的变化非常敏感。控制操作压力和温度可以很方便地对超临界流体的溶解能力和反应速度进行调节控制。因此，超临界流体既是一种良好的分离介质，又是一种良好的反应介质。 作为分离介质，超临界二氧化碳是研究最多、应用最广的超临界流体。由于二
作为分离介质，超临界二氧化碳是研究最多、应用最广的超临界流体。由于二氧化碳的临界压力和临界温度低（〉ｃ＝７．３８ＭＰａ，爴ｃ＝３１.０６℃），二氧化碳萃取的操作条件温和，对有效成分的破坏小。因此特别有利于处理高沸点热敏性物质，如香精、香料、油脂和维生素等。二氧化碳的萃取物中不含硝酸盐和有害的重金属，无有害溶剂残留。超临界二氧化碳是稳定和惰性的天然溶剂，无毒、不燃、安全，不污染环境，且可避免产品的氧化。萃取进入超临界二氧化碳的物质，通过降低压力即可析出，而不必经过反萃取操作，所以超临界二氧化碳萃取的流程比有机溶剂浸取法简单。超临界二氧化碳萃取特别适合对生物、食品、化妆品和药物等许多产物的提取和纯化。 水是另一个受到广泛重视的超临界流体。在超临界条件下水的性质非常特殊，
水是另一个受到广泛重视的超临界流体。在超临界条件下水的性质非常特殊，如水的介电常数大为减小，使在通常条件下不能溶于水的许多有机溶剂能与水互溶，而在通常条件下溶于水的一些无机盐变得不溶。又如在通常条件下水的离子积为１０－１４，而在超临界条件下水的离子积高达１０－１０，使得氢离子和氢氧根的含量达到１０－５。超临界水的这些特性使它成为日益受人们重视的反应介质。 超临界流体技术的诱人前景已经引起世界各国的广泛关注，其基础理论研究和
超临界流体技术的诱人前景已经引起世界各国的广泛关注，其基础理论研究和应用研究广泛开展，并取得了很大进展。 首先是以超临界流体作为一种萃取剂代替有机溶剂的超临界萃取技术，用于从
首先是以超临界流体作为一种萃取剂代替有机溶剂的超临界萃取技术，用于从天然的植物资源中提取有效成分。在国际上，该方法已成功地用于啤酒花浸膏、咖啡因的工业规模提取。世界现有处理能力达５０００吨植物原料的工厂至少５家。我国自７０年代末、８０年代初，清华大学率先在国内开展该项研究，至今已有几十家高等院校、科研院所和企业进行超临界萃取的研究与开发。目前已建成５００升以下的生产装置近１０套，生产的产品有沙棘籽油、小麦胚芽油、辣椒红色素、青蒿素和一些香精香料等。目前该技术在我国的推广应用正越来越多。 必须指出，由于该技术一次投资较高，成功利用该技术的关键是选择附加值高、
必须指出，由于该技术一次投资较高，成功利用该技术的关键是选择附加值高、有市场的产品，因此切不可盲目上马。另外，一般情况下简单的超临界萃取得到的是混合物，而不是纯组分。要得到高纯组分必须采用分馏萃取，这正是目前世界许多国家在研究的课题，而国内则刚开始，要用于生产，尚需时日。 由于超临界流体技术的特殊优点，目前它的研究和应用领域也越来越广泛，特
由于超临界流体技术的特殊优点，目前它的研究和应用领域也越来越广泛，特别是超临界条件下的反应技术更受到重视。 在环境保护方面，超临界水在有氧条件下，有毒有机物可在几秒钟内被完全氧
在环境保护方面，超临界水在有氧条件下，有毒有机物可在几秒钟内被完全氧化成无害的物质，安全排放。在日本和美国已建成了超临界水氧化处理的中试装置。在超临界条件下，废塑料可分解成有用的小分子。利用超临界二氧化碳对有机物较强的溶解能力和较强的扩散渗透能力，可用于电子元件和精密机械零件的精密清洗，代替将禁止使用的氟里昂。将二氧化碳超临界萃取与有机溶剂络合作用相结合，可用于某些原料和放射废水中金属离子的去除。 在材料加工工业中，超临界流体结晶法制备超细颗粒的技术受到广泛的重视。
在材料加工工业中，超临界流体结晶法制备超细颗粒的技术受到广泛的重视。超临界流体快速膨胀沉淀过程与超临界萃取过程相反，萃取固体组分的超临界流体通过一特制的喷咀快速膨胀，由于在极短的时间里（小于１０－５秒）组分在超临界流体中过饱和度增加高达１０６倍，因而形成大量的晶核，生成大量粒度极细、分布较窄的超细颗粒，这一过程叫超临界流体溶液快速膨胀过程（ＲＥＳＳ）。还有一种称为抗溶剂过程（ＧＡＳ），是在超临界条件下将二氧化碳溶入有机溶剂溶液中，有机溶液的体积迅速膨胀，在极短时间内溶解能力迅速下降，使溶解的化合物过饱和并析出极细的颗粒。超临界流体结晶法可制备１０微米以下的超细颗粒。可用于制备可控制释放的药物和化妆品、电子材料和高性能炸药等。 在高分子材料加工中，超临界二氧化碳可改变高分子材料的玻璃转换点或用以
在高分子材料加工中，超临界二氧化碳可改变高分子材料的玻璃转换点或用以回收合成过程中未完全反应的单体和寡聚体。 在油漆、喷涂和印染行业，高压二氧化碳代替有机溶剂作稀料，不仅可提高油
在油漆、喷涂和印染行业，高压二氧化碳代替有机溶剂作稀料，不仅可提高油漆、喷涂和印染的质量，而且可大大减少有机溶剂的污染。相信这一技术在纺织、汽车和集装箱制造部门将会有较好的应用前景。 在生物技术发展中，超临界流体技术也有用武之地。超临界二氧化碳是一种特
在生物技术发展中，超临界流体技术也有用武之地。超临界二氧化碳是一种特殊的非水反应溶剂，可代替有机溶剂作非水介质，进行酶催化反应，脂溶性反应物和产物可溶于其中，反应速度大大提高。酶不溶解，有利于产物分离。纤维素被看作是非常有应用前景的可再生生物资源，以此为原料可以生产能源、化学品、食品和药物等。要实现这一过程，关键是纤维素的水解转化制备葡萄糖。通常是用酸作催化剂在高温下进行纤维素的水解，但是这一方法有许多缺点：反应速度不够高（最高为１０ｍｉｎ－１），腐蚀性强，产生大量需处理的酸性废水。超临界水中纤维素的非催化转化则可以克服这些缺点。 长期以来化学工业为满足人类的需要起到了巨大作用，但也对环境造成严重危
长期以来化学工业为满足人类的需要起到了巨大作用，但也对环境造成严重危害为实现社会的可持续发展，化学工业必须研究开发“清洁化工”新工艺和新技术。我们应该在这样的高度上来认识超临界流体技术的重要性，大力加强对该技术的基础和应用研究，使它真正用于工业生产，造福于人类，造福于社会。