第7章 超临界流体萃取教学教材.ppt

第八章 超临界流体萃取 Supercritical F1uid Extraction ;一、概述; 它是利用超临界流体(Supercritical Fluid，SCF)，即温度和压力略超过或靠近超临界温度(Tc)和临界压力(pc)、介于气体和液体之间的流体，作为萃取剂，从固体或液体中萃取出某种高沸点或热敏性成分，以达到分离和纯化的目的。; 作为一个分离过程，超临界流体萃取介于蒸馏和液－液萃取过程之间。 蒸馏是物质在流动的气体中，利用不同的蒸气压进行蒸发分离； 液－液萃取是利用溶质在不同的溶液中溶解能力的差异进行分离； 超临界流体萃取是利用临界或超临界状态的流体，依靠被萃取的物质在不同的蒸气压力下所具有的不同化学亲和力和溶解能力进行分离、纯化的单元操作，即此过程同时利用了蒸馏和萃取现象－蒸气压和相分离均在起作用。; 超临界流体技术自上世纪70年代开始崭露头角，随后便以其环保、高效等显著优势轻松超越传统技术，迅速渗透到萃取分离、石油化工、化学反应工程、材料科学、生物技术、环境工程等诸多领域，并成为这些领域发展的主导之一。; 　 超临界萃取特别适用于食品和医药工业。在美国和欧洲，年生产能力上万吨的茶叶处理和脱咖啡因工厂早已投入生产，啤酒花有效成分、香料等的萃取在不少国家已达到产业化规模。超临界萃取技术在药物、保健品提取等方面的研究和应用也取得了较大进展，美国科学家已开始用超临界CO2从植物中提取抗癌药物，从油子中提取保健品。 　　超临界萃取技术在其它方面也有着广泛的应用前景。如金属与适当配位体生成络合物后，可以溶解于超临界CO2 。利用这一性质，可以将一些金属直接从固体和液体中提取出来，不需任何前处理过程，为金属的提取和分离提供了新的途径。同时，人们还可以借助超临界萃取技术，根据聚合物分子量、结构和化学组成对聚合物混合物进行分离。 ; 而超临界流体技术本身也必将对人类科技进步和经济发展产生深远的影响。 　　; 要充分利用超临界流体的独特性质，必须了解纯溶剂及其和溶质的混合物在超临界条件下的相平衡行为。 现用超临界纯溶剂的相图来表明临界点及其相平衡行为。下图为以纯二氧化碳的密度为第三参数的压力－温度图。; 超临界萃取的实际操作范围以及通过调节压力或温度改变溶剂密度从而改变溶剂萃取能力的操作条件，可以用二氧化碳的对比压力－对比密度图加以说明. 超临界萃取和超临界色谱的实际操作区域为图中黄色区域，在这一区域里，超临界流体具有极大的可压缩性。溶剂密度可从气体般的密度(ρ＝0.1)递增至液体般的密度(ρ＝2.0)。由图可见，在1.0＜Tr＜1.2时，等温线在一定密度范围内(ρr=0.5～1.5)趋于平坦，即在此区域内微小的压力变化将大大改变超临界流体的密度.另一方面，在压力一定的情况下(如1＜pr＜2)，提高温度可以大大降低溶剂的密度。如压力在10.3MPa时，温度从37 ℃提高到92 ℃ 也可以使密度作相应的降低，从而降低其萃取能力，使之与萃取物分离。; 超临界流体萃取正是利用了这个特性，形成了新的分离工艺。它是经典萃取工艺的延伸和扩展。 ; 当气体处于超临界状态时, 成为性质介于液体和气体之间的单一相态, 具有和液体相近的密度, 粘度虽高于气体但明显低于液体, 扩散系数为液体的10～100倍; 因此对物料有较好的渗透性和较强的溶解能力, 能够将物料中某些成分提取出来。;在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地依次把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分萃取出来。并且超临界流体的密度和介电常数随着密闭体系压力的增加而增加, 极性增大, 利用程序升压可将不同极性的成分进行分步提取。当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以通过控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则自动完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的，并将萃取分离两过程合为一体，这就是超临界流体萃取分离的基本原理。; 超临界流体是处在高于其临界点的温度和压力条件下的流体，用它作为萃取剂时，常表现出十几倍、甚至几十倍于通常条件下流体的萃取能力和良好的选择性。除此以外，它所具有的某些传递性质，也使之成为理想的萃取溶剂。; 不同流体状态时的物理性质 ; SFE就是利用了SFs独特的物理化学性能，使其较好地渗透到样品基体中，通过分配、扩散等作用，基体中被分离组份在SFs中充分溶解，从而达到萃取的目的。 ;超临界流体的溶解性 溶质在一种溶剂中的溶解度取决于两种分子之间的作用力，这种溶剂－溶