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超临界二氧化碳的性质及应用

1前言

超临界流体是区别于气体、液体而存在的第三流体。当温度和压力达到临界

点时，物质就进入了超临界状态，超临界状态下的物质出现为一种既非气体又非

液体的状态，叫超临界流体。处于超临界状态F流体的物理化学性质如密度、扩

散性、电导率、粘度等町以不超过相际边界呖通过压力或温度调节。基于这屿独

特的物理化学性质，超临界流体被证明是一种环境亲和的介质，它可能实现化学

和化工技术的可持续发展。而超临界C02(sc-c02)流体无毒、无污染、不易燃烧、

价格低廉、化学惰性、可回收利用，且兼有超临界流体的特性，因此得到了人们

的广泛关注

。

2超临界流体及其基本性质

2.1超临界流体(Supercriticalfluid，SCF)

超临界流体是指该流体处在其临界温度和临界压力以上的状态。图1是纯物

质的相图。

如图1所示，在相图中除气相、液相和固相外，还示出了一个特殊的区域即

超临界区域SCF。SCF是一种非凝聚性的高密度流体，在超临界状态下液体和气体

的差别完全消失，是一种既不同于气体也不同于液的状态。超临界流体的临界压

力和临界温度因物质分子结构不同而异，分子极性愈强，分子愈大，临界温度愈

高，临界压力则愈低

表1气体、液体和超临界流体的性能比较

表1表明：超临界流体的密度比气体的密度大数百倍，其数值与液体相当，

而粘度比液体小两个数量级，其数值与气体相当，扩散系数介于气体和液体之间

约为气体的1／100，比液体要大数百倍。由此得知，超临界流体具有与液体相当

的密度，故有与液体相似的可溶解溶质的特点，同时又具有气体易于扩散的特点，

它的低粘度，高扩散性，有利于溶解在其中的物质扩散和向固体基质的渗透。在

物质的超临界状态下，只要压力和温度稍有变化，密度就显著地变化，并相应

地表现为溶解度的变化，这一性质使超临界流体的极具应用价值。

2．2超临界二氧化碳流体的基本性质

CO临界温度和临界压力较低，分别为31．1cC和7．38MPa，是应用最广泛

2

的超临界流体。超临界CO具有以下特殊的性质：（1）超临界CO：流体粘度低、

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密度高；（2）超临界CO与水相比，分子成对称结构，极性很小，根据相似相

2

溶原理，能溶解水不能溶解的非极性或极性较低的有机物，可以很好作为有机反

应的溶剂或介质；（3）超临界CO：作为反应溶剂的一个决定性因素是它具有惰

2

性，它很稳定，不会产生副反应，并且它的溶解能力可以通过温度和压力进行调

节；（4）超临界CO对高聚物具有很强的溶胀和扩散能力；（5）超临界CO价

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格低易得到，安全非易燃易爆，无毒，无腐蚀性。超临界CO的这些特殊性质直

2

接促成它在各个领域中的广泛应用，如用于萃取、染色、纤维的特殊整理、材料

改性等等，并且都获得了很好的效果。

3超临界二氧化碳的应用

3．1用于材料清洗

制造工业传统是依靠氯氟碳化合物(CFCs)及其它卤化溶剂来精密清洗金属、

龌料、化合物、陶瓷、电子元件和其它材料。但由于这些溶剂能造成平流层臭氧

耗竭，因此逐渐发展了一些替代的清洗技术和溶剂。由于SC-C02独特的性质，它

有望作为CFCs的替代溶剂而应用于精密清洗中。C02与CFCs相比有下述几个优点，

它消除了安全和环境方面的责任如毒性、可燃性、溶剂蒸气的排放等；用C02清

洗不需要额外的烘干步骤；能在适中的温度下进行清洗；C02很容易从萃取的污

染物巾分离，并几乎能全部回用。C02可以单独用也可以与少量的共溶剂一起用。

SC-C02能除去复杂零件、组件、仪器、电子部件的表面、孔、洞、裂缝中的污染

物。这些有机物包括溶剂及其它化学残留物、润滑油、油、涂料等。对一些颗粒

的去除有时是由C02单独完成或者结合物理过程如搅动、流动等。如Dahmen等p1

研究了用SC-C02清洗零部件的