超临界流体

tom.hp

在引入“超临界流体”这个概念之前，首先看一个问题“太空探测器为什么不能在木星上着陆，而只能围绕其旋转”。其原因是木星的主要物质是氢和氦，它们都是气态物质（可以类比成云），故不能登陆。而由于木星质量大，引力比较大，所以这些大气受到的压力也相对比较大，而且由于氢和氦沸点非常低分别为20K（-253度）和4K（-269度），所以相对木星上的温度（105K左右）来说，氢和氦已经接近于超临界点，也就是说木星的大气层和地面分界面很不明显（或者说是没有严格分界面的）。

    通俗来说，气体和液体统称为流体，它们之间并无严格分界。通常将低于临界温度Tc 的分别称为蒸气和液体，前者可通过压缩变为液体。当温度高于Tc，则将压力比临界压力pc 低的称为气体，它不能仅通过增压变为液体。对于温度高于Tc、压力大于pc 的那部分，难以区分为气体或液体，只能称为流体；其中接近临界点c 的称为超临界流体(SCF)；也可以将所有T>Tc、p>pc 的都称为超临界流体（见下图）。所以纯净物质根据温度和压力的不同，呈现出液体、气体、固体等状态变化，如果提高温度和压力，来观察状态的变化。如果达到特定的温度、压力，会出现液体与气体界面消失的现象该点被称为临界点。
    打个比方：拿水来说，到了这个临界点以后，压力再增大（密度变大），也不会使得水气液化了，但是拥有了液态和气态都有的性质（下文会说到）。

　　超临界流体拥有很多特性，下面简要叙述一下。
　　首先，超临界流体由于液体与气体分界消失，是即使提高压力也不液化的非凝聚性气体。
　　其次，超临界流体的物性兼具液体性质与气体性质。SCF特殊的溶解能力可以粗略地归因于它具有类似于液体的密度，而它的传递性质如粘度和扩散系数等却类似于气体，此外，零表面张力使它有利于渗入多孔性物质之中。　　
    例如，水的密度、离子、介电常数等以临界温度374℃为分界，发生急剧的变化。特别是在常温状态下极性溶媒－水的介电常数到了临界点以上会急剧减小，超临界水的介电常数减小到与有机溶媒相同的水平。
由于这种特性，水在超临界状态，便具有与有机溶媒相同的特性，变成了可以与有机物完全混合的状态。
　　最后，热容量值有较大变化，这也是临界点非常独特的特性之一。临界点的热容量值急剧上升，几乎达到了无限大，然后再减小，如果恰当地利用这种特性，将能够得到一种非常优秀的热媒体。

将臣

呵呵，这贴有意思，超临界萃取是食品萃取主要技术，我毕业第一份工作就涉及这个。

tom.hp

下面简要介绍几个超临界流体特性的应用技术。

　　第一，超临界水氧化技术

　　超临界水氧化技术是使废水在水的超临界条件(P>218atm, T>374℃)下与氧化剂(O2、Air、H2O2等)反应，把废水中含有的有机物分解成无害成份的技术在临界点以下的条件下，废水中含有的有机物处于并非与水完全混合的状态，形成界面。因此，为使有机物与氧气反应，实现氧化分解，需要把气体状态的氧气溶解到水中，溶解的氧气重新通过有机物界面，只有这样才能使有机物与氧气反应。因此，如要分解废水含有的有机物需要较多时间。
    不过，在超临界水状态下，水的特性与有机物相同，所以界面消失，超临界水的氧气溶解度也大大提高，实现了完全混合，使有机物与氧气能够自由反应，反应速度得到了急剧提高。因此，即使是难分解性有机物，也可以几乎100%分解。另外，超临界水氧化反应具有极快的反应速度，所以，即使以小型的设备，也可处理大量的废水，由于是在水中进行的氧化反应，不存在Sox、NOx等大气污染物质的排放。

　　因此可以看到，超临界水氧化的优点——对难分解性有机物具有高分解度(>99.99%)，下面是对其的应用：
　　处理水及排放气体无害于环境，排放气体：无Nox、Sox、Dioxins（二恶英）等；处理水：可分解至排放水水平；易于应对急剧变化的废水——有利于化学工程；迅速的氧化反应速度迅速——设备的小型化；可处理的废水浓度广(数ppm～数十%)，无须2次处理。

　  但是超临界水的氧化也存在一些缺点和局限性。比如对于高腐蚀速度——选择材料难；无机物溶解度减小，连续运转难；较高的初期投资费。

　　第2，超临界流体提取技术(SFE)

　　利用超临界流体(CO2等)的超临界流体提取技术与溶媒提取相比，在经济上与环境上都具有许多优点。但是，应用于天然物时，偏重于香精油等非极性物质，在高效提取有极性的物质方面存在局限。
    但是，在最近对天然物中的多种物质进行探索及研究的过程中，不仅需要非极性物质的高效提取技术，还需要对极性物质的高效提取的技术。

　　第3，近临界水解技术(NCH)

　　近临界水(Near-critical water)是指处于临界点附近温度与压力条件下的液态水。近临界水虽然是液态，但一部分特性却与超临界水类似，与常温状态的水有许多不同特性。因此，正在被试图用作新的反应溶媒。