超临界二氧化碳流体

２００１年，第６期知识众绍

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超临界二氧化碳流体

刘景旺，顾炳鸿

（天津师范大学化学系，天津３００ｌｃｒ７４）

摘要：本文介绍了超临界二氧化碳流体及其在萃取和化学反应中的应用。关键词：二氧化碳；超临界流体；萃取文章编号：１００５—６６２９（２００】）０６一００２】一０２

中图分类号：０３６２，ＴＱ０２Ｉ。ｌ

文献标识码：Ｂ

ｌ超临界流体

流体是液体和气体的总称，因两者都富有流动性，又有相似的运动规律，故合称流体。临界状态是物质的气、液两态能平衡共存的一个边缘状态，在这状态下，液体和它的饱和蒸气密度相同，因而它们的分界面消失，这状态只能在一定温度和压强下实现，此时的温度和压强分别称为“临界温度”和“临界压

强”。各种物质的临界温度和临界压强不同。物质

在临界温度以上，它只能处于气体状态，不能用压缩体积的方法来使它液化，所以临界温度是物质以液态形式出现的最高温度；临界压强是液体在临界温度时的饱和蒸气压。二氧化碳的临界温度和临界压

强较低（ｒｃ＝３０４Ｋ，Ｐｃ＝７．４Ｍｐａ）。

超临界流体是指物质处于其临界温度和临界压强以上而形成的一种特殊状态的流体，其多种物理化学性质介于气体和液体之间，并兼具两者的优点。如具有液体一样的密度、溶解能力和传热系数，具有气体一样的低粘度和高扩散系数。现研究较多的超烷、乙烷、乙烯等。

２超临界二氧化碳流体在萃取中的应用超临界流体的密度对温度和压强的变化很敏感，而其溶解能力在一定压强范围内与其密度成比例关系，通过对温度和压强的调控而改变物质的溶解度；特别是在临界状态附近，超临界流体具有高度可压缩性，温度和压强的微小变化往往会导致溶质的溶解度发生几个数量级的突变；超临界流体正是利用了这一特性进行物质的分离，而且过程中无相变，因此能耗较低。虽然超临界流体的溶剂效应普遍存在，但由于受到溶剂来源、价格、安全性等一些因素的限制，真正具有应用价值的超临界流体介质并不是很多，其中二氧化碳以其温和的临界条件、无毒、阻燃、价廉易得、溶解能力强等优点而特别适合于不稳定天然产物和生理活性物质的分离精制。大万　

方数据超临界流体萃取具有以下优点：

（１）萃取时间短：由于超临界流体强穿透力和高（２）萃取彻底：萃取结果更接近实际情况，从而（３）有利环境保护：利用二氧化碳作为流体，解（４）低温萃取：在较低温度下萃取，解决了对热（５）痕量萃取：能萃取１０。级的样品。

３

超临界二氧化碳流体在化学反应中的应用

随着对超临界流体性质研究的深入，人们发现超临界二氧化碳流体中的化学反应有：酶催化

规模超临界流体萃取的兴起起源于用超临界二氧化碳流体成功地从咖啡中提取咖啡因和用超临界戊烷流体从石油中分离重油组分；在推崇自然的香料界，超临界二氧化碳流体能够分离近乎完美的“天然”香料，现已成为获得高品质产品的最有效手段之一，并在天然香料的超临界流体萃取中占据了主导地位，迅速发展为最常用的超临界流体。另外，在药物有效成分和酶的萃取方面，超临界二氧化碳流体的应用也得到迅速发展。

溶解度，它能快速地将提取物从载体中萃出，既节省溶剂，又减少了能源和人力的费用。

提高了后续分析过程的准确性和可靠性。

决了有机溶剂对环境的污染，也有利于保护实验室工作人员的健康。

敏感样品的萃取难题。

了在超临界流体中进行化学反应的一系列特殊性能：它不仅是反应物、催化剂和产物的溶剂，在保持或改善反应选择性的同时，可以提高反应速率，改变反应历程，而且还能方便地使产物从反应混合物中分离出来。尽管二氧化碳被认为是造成“温室效应”的主要原因、，但因它在环境化学中能出色地代替许多有害、有毒、易挥发、易燃的有机溶剂而被广泛重视；另外，二氧化碳可看作与水最相以的、最便宜的溶剂，它可从环境中来，用于化学过程后可再回到环境中，无任何副产物，完全具有“绿色”的特性。

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化学教学２００１年，第６期

反应、氧化还原反应、二氧化碳加成反应、Ｄｉｅｌｓ．Ａｌｄｅｒ反应、自由基反应、光化学反应、聚合反应等。

用超临界二氧化碳流体作为反应介质还有许多

优点：

度、介电常数、导电率和溶解能力，并影响以它为介质的反应速度，可适用多种反应条件。

超临界二氧化碳流体作为一种新型的溶剂或介质，由于自身的众多优点而倍受青睐，随着对其研究工作的深入，特别是有关基础数据的逐步完善和工程技术难题的克服，超临界二氧化碳流体萃取和超临界二氧化碳流体中的化学反应必将获得新的发

展。

（１）可循环使用，节约能源和资源。

（２）代替传统的有机溶剂作为反应介质，具有较低的反应活性，为反应提供惰性环境。

（３）只需改变其压强或温度即可控制其密度、粘

走近氢能

石建华

（诸暨荣怀学校，浙江诸暨３１１８００）

文章编号：１００５—６６２９（２００１）０６—００２２—０２

中圈分类号：ＴＥ０２文献标识码：Ｂ

近来，人们越来越把目光转向石油等以外的其它可持续开发利用的新能源，其中氢气就是理想的一种。虽然在大气中难以找到氢气，但在自然界中氢却取之不尽，用之不竭。水是氢的大仓库。一公升氢在燃烧时产生３３千瓦／小时电能，相当于汽油的３倍。在６０年代初，科学家就预言，不久的将来氢原子将取代碳原子，从而提供一种丰富的、无穷无尽的能源资源，并使我们这个地球有一个比较适宜的生态环境。

ｌ氢气的制备

长期以来，人们用得比较多的是通过太阳能加热和水电解法获得氢气。但传统的水电解技术效率较低，要消耗较多的时间和能源。１９９５年，日本科学家从植物通过光合效应使水分解成氢和氧受到启发，模仿这一原理，研制成功了人工光合制氢装置，经过几年的改进，该装置的太阳能利用率已从原先的１５％提高到２２％。在石油大国沙特阿拉伯，已拥有３座太阳能制氢工厂，采用电脑管理的工艺，一个工厂仅需要５名管理人员。

２氢气的贮存

２．１

地使氢气固化，使氢的运送更为方便。从１９９５年起，发达国家开始半工业化试验，以液态氢作为飞机的燃料，将液态氢在零下２５３摄氏度储存起来。与同等重量的汽油相比，液态氢可使飞机的续航能力增加３倍。

２．２

国内

我国科学家最近合成高质量的碳纳米材料，使我国新型储氢材料研究一举跃上世界先进水平，这种新材料能储存和凝聚大量的氢气，并可能做成燃料电池驱动汽车。一纳米是一米的十亿分之一，而纳米级的碳材料合成十分困难。中科院金属研究所年轻研究员成会明及其同事，采用新方法，合成了高质量的碳纳米纤维和单壁碳纳米管。

成会明等人还发现，这些自制的纳米材料在室温下具有优异的储氢性能，至少是稀土的２倍，根据实验结果推测，室温常压下，约三分之二的氢能从这些已多次利用过的纳米材料中释放。这些黑色絮状物，能储存和凝聚大量的氢气，并可能做成燃料电池驱动汽车。

３氨能的利用

国外

如果使Ｈ２、ＣＯ、ＣＩ｛４等燃料的氧化还原反应在电池装置中发生，则可直接将化学能转变为电能，这样的电池称为燃料电池。阿波罗号宇宙飞船用的就是氢燃料电池，其负极是多孔镍电极，正极为覆盖ＮｉＯ的镍电极，用ＫｏＨ溶液作为电解质溶液，在负极通入Ｈ２，正极通人０２，电极反应如下：

正极：２Ｈ２＋４０Ｈ一一４ｅ＝４Ｈ２０

目前已出现多种固态贮氢技术。日本在９０年代初就开始应用贮氢合金，早期用得较多的是铈、镧稀土金属混合物，１９９５年后改用添加铝、锰、铁等元素的新型稀土合金，贮氢量为其体积的７００。１０００倍，冷却时体积收缩，加热时释放出氢，具有安全、方便，不用压缩等优点。美国、德国和法国等国已成功

万方数据　

超临界二氧化碳流体

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刘景旺， 顾炳鸿

天津师范大学化学系,天津,300074化学教学

EDUCATION IN CHEMISTRY2001(6)5次

引证文献(5条)

1.孟鑫 超临界二氧化碳在纺织中的应用[期刊论文]-广西轻工业 2007(4)2.李雪 超临界二氧化碳萃取茶多酚和维生素K1的实验研究[学位论文]硕士 20063.黄飞 固体物质在超临界二氧化碳中溶解度研究[学位论文]硕士 2006

4.周云 合成反应的绿色介质:超临界二氧化碳流体[期刊论文]-昭通师范高等专科学校学报 2003(2)5.陈正林 中学化学教学中"绿色化学"意识渗透浅谈[期刊论文]-化学教学 2001(11)

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