第3章 超臨界流體萃取

1、233.2 超臨界流體萃取的基本原理45超臨界流體超臨界流體技術(shù)是近代分離科學(xué)中出現(xiàn)的高新技術(shù)。技術(shù)是近代分離科學(xué)中出現(xiàn)的高新技術(shù)。超臨界流體超臨界流體( supercritical fluid, SCF) : ( supercritical fluid, SCF) : 在臨界在臨界點(diǎn)以上物質(zhì)處于既非液體又非氣體的超臨界狀態(tài)。點(diǎn)以上物質(zhì)處于既非液體又非氣體的超臨界狀態(tài)。P/PaT/SolidGasLiquidSupercritical fluidTriple pointCritical pointDensity changeable三相點(diǎn)臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)超臨界流體超臨界流體6流體密度(kg/m3)

2、粘度(Pas)擴(kuò)散系數(shù)(m2/s)氣體1.010-610-510-5超臨界流體7.010210-510-7液體1.010310-410-9“超臨界狀態(tài)是一種亞穩(wěn)態(tài)超臨界狀態(tài)是一種亞穩(wěn)態(tài)”78A AB BA A線線: : 同一壓同一壓力下不同溫度力下不同溫度時超臨界流體時超臨界流體的密度差別很的密度差別很顯著顯著A A線與線與B B線線表示在表示在304.9K304.9K時時較小的壓較小的壓力差別帶力差別帶來顯著的來顯著的密度差密度差9Ep1 T1Sp2 T21234561升壓裝置2，6換熱器3萃取器4降壓閥5分離器1011極性、非極性萃取劑12CO2最廣泛：CO2的臨界溫度接近于室溫（31.1

3、oC），可防止熱敏性物質(zhì)的氧化和降解。CO2的臨界壓力（7.38MPa）處于中等壓力，易于達(dá)到。CO2具有無毒、無味、不燃、不腐蝕、價格便宜、易于精制、易于回收等優(yōu)點(diǎn)。SC-CO2還具有抗氧化滅菌作用，有利于保證和提高天然物產(chǎn)品的質(zhì)量。13 等溫變壓工藝工藝流程：由萃取和分離兩步組成萃取塔萃取塔(T, p1)分離器(T,p2) 等壓變溫工藝萃取塔萃取塔(T1, p)換熱器分離器(T2, p)升溫節(jié)流閥減壓14 恒溫恒壓工藝萃取塔(T, p)吸附塔(T, p) 用吸附劑除去有害物質(zhì)15 (a) 等溫法 T1T2，P1P21.萃取釜 2.減壓閥 3.解吸釜 4.壓縮機(jī)萃取釜萃取釜解吸釜解吸釜P1P

4、21617 (b) 等壓法 T1T2，P1=P21.萃取釜 2.加熱器 3.解析釜 4.高壓泵 5.冷卻器萃取釜萃取釜冷卻器冷卻器加熱器加熱器解吸釜解吸釜T1T2181920 (c) 吸附法 T1=T2，P1=P21.萃取釜，2.吸附劑， 3.解析釜 4.高壓泵吸附劑吸附劑21221.超臨界CO2的溶劑功能2/12/1)()(VpVhRThVuuigig溶解度參數(shù) 說明：232425影響：影響：溶劑的密度溶劑的密度 溶質(zhì)與夾帶劑分子間的相互作用。溶質(zhì)與夾帶劑分子間的相互作用。選擇：選擇：萃取段，夾帶劑與溶質(zhì)的相互作用能萃取段，夾帶劑與溶質(zhì)的相互作用能改善溶質(zhì)的溶解度和選擇性；改善溶質(zhì)的溶解度和

5、選擇性； 分離段，夾帶劑與超臨界溶劑能較易分離段，夾帶劑與超臨界溶劑能較易分離，同時夾帶劑與目標(biāo)產(chǎn)物也較易分分離，同時夾帶劑與目標(biāo)產(chǎn)物也較易分 離；離； 食品、醫(yī)藥工業(yè)中考慮夾帶劑的毒性食品、醫(yī)藥工業(yè)中考慮夾帶劑的毒性等問題。等問題。261.超臨界流體萃取固體溶質(zhì)中的傳質(zhì)內(nèi)擴(kuò)散和外擴(kuò)散之和控制內(nèi)擴(kuò)散和外擴(kuò)散之和控制溶質(zhì)遷移到超臨界流體步驟：溶質(zhì)從內(nèi)核表面脫附溶質(zhì)通過基體有機(jī)層擴(kuò)散至基體和SCF相界面溶質(zhì)在基體周圍的SCF滯留膜內(nèi)溶解溶質(zhì)擴(kuò)散通過SCF滯留膜到達(dá)SCF主體中A：脫附/動力學(xué)過程控制B：溶解/洗脫過程控制2728超臨界流體萃取模型：超臨界流體擴(kuò)散進(jìn)入天然母體的微孔結(jié)構(gòu)被萃取成分在天

6、然母體內(nèi)與超臨界流體發(fā)生溶劑化作用溶解在超臨界流體中的萃取物隨超臨界流體經(jīng)多孔的母體擴(kuò)散至流動著的超臨界流體主體萃取物與超臨界流體主體在萃取區(qū)進(jìn)行質(zhì)量傳遞控制步驟2.傳質(zhì)模型核心收縮浸取模型擴(kuò)散理論模型29302.超臨界萃取在天然產(chǎn)物加工中的應(yīng)用31323334353637 雖然超臨界流體技術(shù)在許多方面已得到應(yīng)用，但還遠(yuǎn)沒有發(fā)揮其應(yīng)有的作用。這主要是因?yàn)槟壳皩ΤR界流體性質(zhì)的認(rèn)識還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。隨著認(rèn)識的深入，超臨界流體技術(shù)勢必得到越來越廣泛的應(yīng)用。從目前發(fā)展趨勢看，超臨界技術(shù)將在以下方面發(fā)揮重要作用： 超臨界萃取方面，雖然其發(fā)展歷史較長,但仍保持其強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭，在食品、 醫(yī)藥等工業(yè)領(lǐng)域?qū)l(fā)揮越來越重要的作用?；瘜W(xué)反應(yīng)工程方面，環(huán)境友好的超臨界流體將取代一些有害的有機(jī)溶劑，并且使 反應(yīng)效率更高,甚至有可能得到通常條件下難以得到的產(chǎn)品。材料科學(xué)方面，超臨界技術(shù)應(yīng)用前景十分廣闊，其中包括聚合物材料加工、不同 微粒的制備、藥物的包封、多孔材料的制備、噴涂、印染等等。環(huán)境科學(xué)方面，超臨界水為有害物質(zhì)和有害材料的處理提供了特殊的介質(zhì)。隨著 腐蝕等問題的解決，超臨界水氧化處理污水、超臨界水中銷毀毒性及危險(xiǎn)性物質(zhì)等可能很快實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。另外，超臨界流體技術(shù)在土壤中污染物的清除與分析等方面也具有一定的應(yīng)用前景。生物技