超临界CO2二元体系高压相平衡实验文献综述

 2021-09-25 01:09

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一、超临界CO2二元体系高压相平衡研究背景

随着工业化进程的加快,一方面,化石燃料(煤、石油、天然气)因大量使用已经逐渐枯竭,需要有新的碳源补充;另一方面,大气中CO2含量的逐年上升使温室效应愈加严重,其引发的生态环境变化己不容忽视。如何实现地球上CO2的良性循环是人类必须解决的难题。自然界中具有极其丰富的CO2资源。据估测,化石燃料中蕴藏着1016kg碳,而大气和水中的CO2资源约含1017kg碳,是化石燃料的10倍左右[1]。CO2的潜在资源碳酸盐中的含碳量更高,约为1019kg碳。在倡导绿色化学的当今时代,CO2作为21世纪的新碳源,对其的有效开发利用己引起全球关注。进入20世纪90年代后,国际上几乎每年都要召开国际性的CO2专题会议,其内容涉及CO2的捕集、处理、转化和利用等方面。

早期的CO2利用主要是物理应用[2],例如,用作惰性气体、冷却剂、压力剂及在生化方面的应用(包括用作气肥,呼吸促进剂、柿子脱涩、培菌等)。近年则应用于果蔬保鲜、提高石油采收率[3]、超临界萃取及反应。

SCCO2在各种SCF中的优越性是显而易见的。除CO2的临界条件容易实现、无毒无味、不可燃、溶解力强、操作安全等优点外,CO2还是世界上取之不尽、用之不竭的资源,具有来源丰富、价格便宜、容易获得的优点,且对保护环境、减弱温室效应也是非常有益的。

作为一种用之不尽、取之不竭的自然资源,CO2的综合利用对全球环境和碳资源的开发有着重要的影响。因此对CO2的综合开发利用是当今热点问题。超临界CO2的优良特性使之在超临界萃取、超临界反应等中有着广阔应用,而含超临界CO2(SCCO2)系统相平衡的研究对上述应用有指导性作用。

二、研究现状

1.超临界CO2

超临界流体(SCF)作为一种特殊溶剂,在一定程度上兼备了气体和液体的溶解和传递特性,从而开辟了化工分离的新途径。尤其是超临界CO2(SCF-CO2),因其无毒、无味、不燃、价廉、临界压力和临界温度相对较低,在生物化工、医药、食品等行业有广阔的应用前景。迄今为止,作为一种新技术,超临界CO2流体技术的应用领域越来越广阔。从发展的眼光来看,还有很多新的应用领域等待开发。从某种意义上讲,利用超临界CO2流体进行中草药萃取,将会带来中草药现代化的革命性飞跃。事实上,已经有很多有识之士在这方面做了很多卓有成效的工作。超临界CO2流体技术作为一种新型技术,已在食品工业中得到了广泛的应用。主要的应用方面是:食品中有害成分的脱去以及有效成分的提取、食品原料的处理等方面。例如,人们可以利用该项技术从咖啡、茶中脱去咖啡因;可以进行啤酒花的萃取;可以从植物中萃取风味物质,可以从各种动植物中萃取各种脂肪酸、提取色素;可以从奶油、鸡蛋中除去胆固醇等;可以从植物中提取香料等;还可以从沙棘中提取沙棘油。大量文献资料表明,超临界流体技术在高分子科学中的应用主要是作为聚合反应的介质、在高分子加工中应用、制备高聚物微粒和微纤。超临界CO2流体技术在制革工业、染色工艺等方面也有广泛的应用。超临界CO2的研究受到越来越多的人关注。在食品加工、药物研发、化妆品生产等工艺中都有广泛而且重要的应用。

2.高压相平衡

化工生产中需要对原料和产品进行分离和提纯,通常采用结晶、蒸馏、萃取、吸收等物理化学方法。相平衡理论是这些方法的理论基础,在相平衡条件下,各相间有些性质完全相同如温度和压力等,有些性质如密度、组成等相差悬殊,各种分离过程正是利用各相间平衡组成的差异来进行的,例如:气一液两相平衡组成之间的差异是化工吸收和蒸馏过程的基础。因此研究相平衡组成以及其影响因素,对实际的化工生产过程具有重要的意义和指导作用。

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