超临界流体

纯净物质要根据温度和压力的不同,呈现出液体、气体、固体等状态变化。在温度高于某一数值时,任何大的压力均不能使该纯物质由气相转化为液相,此时的温度即被称为临界温度T c;而在临界温度下,气体能被液化的最低压力称为临界压力p c。在临界点附近,会出现流体的密度、黏度、溶解度、热容量、介电常数等所有流体的物性发生急剧变化的现象。

当物质所处的温度高于临界温度,压力大于临界压力时,该物质的温度及压力均处于临界点以上的液体称为超临界流体(supercritical fluid,简称SCF)。例如:当水的温度和压强达到临界点(t=374.3℃,p=22.05 MPa)以上时,就处于一种既不同于气态,也不同于液态和固态的新的流体态——超临界态,该状态的水即称为超临界水。很多物质都有超临界流体区,但由于CO2的临界温度比较低(31.06℃),临界压力也不高(7.38 MPa),且无毒、无臭、无公害,所以在实际操作中常使用CO2超临界流体。

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。超临界流体的物性兼具液体性质与气体性质。它基本上仍是一种气态,但又不同于一般气体,是一种稠密的气态。其密度比一般气体要大两个数量级,与液体相近。它的黏度比液体小,但扩散速度比液体快(约两个数量级),所以有较好的流动性和传递性能。它的介电常数随压力而急剧变化(如介电常数增大有利于溶解一些极性大的物质)。另外,根据压力和温度的不同,这种物性会发生变化。

超临界流体是处于临界温度和临界压力以上,介于气体和液体之间的流体,兼有气体、液体的双重性质和优点,近年来在不同领域得到了广泛的应用。如超临界流体萃取(supercritical fluid extraction,简称SFE)、超临界水氧化技术、超临界流体干燥、超临界流体染色、超临界流体制备超细微粒、超临界流体色谱和超临界流体中的化学反应等,其中以超临界流体萃取应用得最为广泛。