新型分离超临界萃取精选课件.ppt

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1、关于新型分离超临界关于新型分离超临界萃取萃取第一页，本课件共有35页2什么是超临界流体？什么是超临界流体？它的优劣性有哪些？它的优劣性有哪些？怎样萃取？怎样萃取？有哪些应用有哪些应用?以超临界以超临界CO CO 萃取金属为例萃取金属为例?2五大问题第二页，本课件共有35页3超临界流体超临界流体 超临界流体（Supercritical fluid,SF）是一种物质状态，当物质在超过临界温度及临界压力以上，气体与液体的性质会趋近于类似，最后会达成一个均匀相之流体现象。超临界流体类似气体具有可压缩性，而且又兼具有类似液体的流动性，密度一般都介于0.1到1.0g/ml之间。它是一种处于临界温度（Tc）

2、、临界压力（Pc）以上介于气体和液体之间的流体。第三页，本课件共有35页4处于临界温度处于临界温度Tc和临界压力和临界压力Pc之上的流体（它不是气体也不是之上的流体（它不是气体也不是液体）液体）第四页，本课件共有35页5（1 1）密度、粘度和）密度、粘度和扩散系数扩散系数的特点的特点n密度比气体大密度比气体大得多得多,与液体与液体接近，使其接近，使其对溶质有较大对溶质有较大的的溶解度溶解度。n粘度接近气体粘度接近气体,比液体小比液体小得多得多。n扩散系数介于气体和液体之间扩散系数介于气体和液体之间，是气体的是气体的几百分之一几百分之一,是是液体液体的几的几百倍百倍 。n与液体相比，与液体相比，

3、超临界流体超临界流体粘度粘度小、小、扩散系数扩散系数大使其大使其传传质速率大大高于液质速率大大高于液体体。超临界流体的超临界流体的特性特性第五页，本课件共有35页6物质状态物质状态 密度（密度（g/cm3）粘度粘度(g/cm/s)扩散系数扩散系数(cm2/s)气态(0.6-2)10-3(1-3)10-4 0.1-0.4液态0.6-1.6(0.2-3)10-2(0.2-2)10-5 SCF0.2-0.9(1-9)10-4(2-7)10-4 由以上特性可以看出，超临界流体兼有液体和气体的双重特性，扩散系数大，粘度小，渗透性好，与液体溶剂相比，可以更快地完成传质，达到平衡，促进高效分离过程的实现。第

4、六页，本课件共有35页7（2）溶解特性）溶解特性在临界点附近在临界点附近,压力和温度的变化压力和温度的变化可可引起超临界流引起超临界流体密度体密度急剧急剧变化变化,相应地相应地使溶质在使溶质在超临界流体超临界流体中的中的溶解溶解度度发生急剧发生急剧变化变化，因而，因而可利用压力可利用压力与与温度的温度的改变改变来实来实现萃取和分离。现萃取和分离。第七页，本课件共有35页8在超临界区在超临界区,C0C02 2 密密度度随随压力压力急剧急剧变化变化第八页，本课件共有35页9 有机物在有机物在超临界流体超临界流体中溶中溶解度的变化：解度的变化：n低于临界低于临界压力时，几乎不压力时，几乎不溶解；溶解

5、；n高于高于临界临界压力时，压力时，溶解度溶解度随压力急剧增加。随压力急剧增加。第九页，本课件共有35页10 超临界流体萃取原理超临界流体萃取原理 利用利用流体在超临界状态下对物流体在超临界状态下对物质质有特殊增加的溶解度有特殊增加的溶解度,而而在在低低于临界状态下基本不溶解的特性于临界状态下基本不溶解的特性。将超临界流体与待分离的将超临界流体与待分离的物质接触，控制萃取的压力和温度，使超临界流体的密度降低，物质接触，控制萃取的压力和温度，使超临界流体的密度降低，使被萃取物质在超临界流体中的溶解度发生改变，达到分离的使被萃取物质在超临界流体中的溶解度发生改变，达到分离的目的。同时，超临界流体再

6、进行压缩后可以循环使用。目的。同时，超临界流体再进行压缩后可以循环使用。第十页，本课件共有35页11超临界流体萃取特点超临界流体萃取特点n高压下进行，高压下进行，设备及工艺技术要求高设备及工艺技术要求高,投资比较大投资比较大。n可可以以在在接接近近室室温温下下完完成成,特特别别适适用用于于热热敏敏性性天天然然产产物物的分离。的分离。n分离工艺流程简单分离工艺流程简单，主要，主要由萃取器和分离器二部分组由萃取器和分离器二部分组成成，而且，而且萃取萃取和和分离分离通过改变温度和压力即可实现。通过改变温度和压力即可实现。n超临界流体循环使用，无超临界流体循环使用，无需溶剂回收设备需溶剂回收设备，不产

7、生二，不产生二次污染。次污染。n被萃取物中基本无萃取剂残留。被萃取物中基本无萃取剂残留。第十一页，本课件共有35页溶剂萃取和超临界萃取的对比溶剂萃取和超临界萃取的对比第十二页，本课件共有35页13超临界超临界流体流体萃取萃取工艺流程工艺流程 固固体体物料的超临界萃取物料的超临界萃取根据根据萃取釜萃取釜与与分离釜分离釜温度和压力的变化情况温度和压力的变化情况可可分为四分为四种种典型的典型的工艺流程工艺流程:(1)(1)等温等温（变压）（变压）法法：萃取釜萃取釜与与分离釜分离釜温度（基本）温度（基本）相等。相等。(2)(2)等压等压（变温）（变温）法法：萃取釜萃取釜与与分离釜分离釜压力（基本）压力

8、（基本）相等。相等。(3)(3)吸收或吸收或吸附法吸附法（等温等压等温等压法）法）(4)(4)变温变压法变温变压法第十三页，本课件共有35页14超临界流体萃取的基本流程超临界流体萃取的基本流程 萃萃取取釜釜分分离离釜釜热热交交换换器器CO2热交换器热交换器压缩机压缩机高压泵高压泵 过滤器过滤器 第十四页，本课件共有35页15萃萃取取器器分分离离器器P P1 1P P2 2压缩机压缩机 膨胀阀膨胀阀T1T2萃取物萃取物CO2CO2萃取物萃取物等温等温（变压）（变压）法法:T1T2 P1 P2CO2第十五页，本课件共有35页16萃萃取取器器分分离离器器P P1 1P P2 2泵泵 加热器加热器T1

9、T2等等压（变温）压（变温）法法:P1 P2 T1 T2（若溶解度随温度升高而降低）若溶解度随温度升高而降低）冷却器冷却器 T1 T2（若溶解度随温度升高而增加）若溶解度随温度升高而增加）第十六页，本课件共有35页17吸附法吸附法吸收法吸收法吸收或吸收或吸附法吸附法（等温等压等温等压法）法）（从咖啡豆中脱出咖啡因）（从咖啡豆中脱出咖啡因）第十七页，本课件共有35页18超临界超临界流体流体萃取萃取应用应用（1）食品工业食品工业 咖啡因、尼古丁的脱除，啤酒花（也叫蛇麻、香蛇咖啡因、尼古丁的脱除，啤酒花（也叫蛇麻、香蛇麻、蛇麻花、酵母花、酒花、忽布花麻、蛇麻花、酵母花、酒花、忽布花,用于酿造啤酒，用

10、于酿造啤酒，给予啤酒香气和苦味）的萃取，动植物油脂（如大豆油、给予啤酒香气和苦味）的萃取，动植物油脂（如大豆油、沙荆油、蒜油、鱼油、米糠油）的提取，鱼油中沙荆油、蒜油、鱼油、米糠油）的提取，鱼油中EPA（二十碳五烯酸）与（二十碳五烯酸）与DHA（二十二（二十二 碳六烯酸）的提取，碳六烯酸）的提取，蛋黄磷脂与大豆磷脂的萃取，植物色素的萃取蛋黄磷脂与大豆磷脂的萃取，植物色素的萃取,食品脱色、食品脱色、脱臭等。脱臭等。（2）医药工业医药工业 动植物中药用成分（如生物碱、银杏黄酮、维生素动植物中药用成分（如生物碱、银杏黄酮、维生素E）的）的提取，药物分离精制等。提取，药物分离精制等。（3）化学工业化学

11、工业 有机物的分离精制，共沸物的分离，煤中有效成分的有机物的分离精制，共沸物的分离，煤中有效成分的提取，煤液化油的萃取，天然香料的提取等。提取，煤液化油的萃取，天然香料的提取等。第十八页，本课件共有35页19（4 4）林产工业林产工业 木材中有机物、木质素的提取，木材热解及其产物的木材中有机物、木质素的提取，木材热解及其产物的分离，制浆木片的预处理，木材材色、防腐处理，人造板分离，制浆木片的预处理，木材材色、防腐处理，人造板中甲醛含量分析等。中甲醛含量分析等。（5 5）环境保护与监测环境保护与监测 活性炭的再生，超临界水氧化去除废水中的有机物，超临活性炭的再生，超临界水氧化去除废水中的有机物，

12、超临界水分解废塑料等高聚物。环境监测中用于富集大气、土壤、界水分解废塑料等高聚物。环境监测中用于富集大气、土壤、动植物组织中的微量有毒有害物质。动植物组织中的微量有毒有害物质。（6 6）其它应用其它应用 超临界化学反应，超临界条件下酶催化反应，超临界超临界化学反应，超临界条件下酶催化反应，超临界高分子合成，超临界流体成核（超细粉粒制备），超临界高分子合成，超临界流体成核（超细粉粒制备），超临界流体色谱，超临界清洗，超临界强化采油流体色谱，超临界清洗，超临界强化采油,超临界印染超临界印染（以超临界（以超临界COCO2 2替代水作染色介质），超临界喷涂（以超临界替代水作染色介质），超临界喷涂（以超

13、临界COCO2 2替代有机溶剂作为涂料的稀释剂）等。替代有机溶剂作为涂料的稀释剂）等。第十九页，本课件共有35页20几种常见几种常见化合物的临界化合物的临界点点化合物化合物临界温度临界温度临界压力临界压力MPaMPa临界密度临界密度g/cmg/cm3 3乙烯乙烯 9.59.55.075.070.20.2一氯三氟甲一氯三氟甲烷（氟烷（氟里昂里昂13）28.828.83.953.950.580.58二氧化碳二氧化碳31.131.17.397.390.4480.448一氧化二氮一氧化二氮 36.536.57.237.230.4570.457氨氨132.3132.311.2811.280.240.24

14、乙乙醚醚193.6193.63.683.680.2670.267甲醇甲醇240.5240.57.997.990.2720.272乙醇乙醇243.4243.46.386.380.2760.276苯苯288.9288.94.894.890.3020.302水水374.2374.222.122.10.3440.344第二十页，本课件共有35页21 超临界超临界C0C02 2n临界压力临界压力(7.39 MPa7.39 MPa)适中适中；n临界温度临界温度(31.1 (31.1)接近室温接近室温；n便宜易得便宜易得；n无毒无毒、惰性惰性，是理想的绿色溶剂；，是理想的绿色溶剂；n极易从萃取产物中分离出来

15、极易从萃取产物中分离出来。研究最多，应用最广研究最多，应用最广第二十一页，本课件共有35页227.3931.1密度密度g/L第二十二页，本课件共有35页23有机物有机物在超临界在超临界C0C02 2 中的溶解中的溶解规律规律一般规律：一般规律：n分子量增加，溶解度降低分子量增加，溶解度降低n芳香族比脂肪族难溶解芳香族比脂肪族难溶解n双键提高溶解度双键提高溶解度n支链比直链易溶解支链比直链易溶解n带极性官能团的难溶解带极性官能团的难溶解n氟化的化合物易溶解氟化的化合物易溶解第二十三页，本课件共有35页24超临界超临界COCO2 2萃取重金属离子萃取重金属离子传统重金属的溶剂萃取，费时费力，误差大

16、，使用大传统重金属的溶剂萃取，费时费力，误差大，使用大量有机溶剂量有机溶剂超临界超临界COCO2 2选择性好，流程简单、速度快，后处理选择性好，流程简单、速度快，后处理简单。简单。超临界超临界COCO2 2一般不能直接萃取带正电的重金属离子，一般不能直接萃取带正电的重金属离子，但对电中性的重金属配合物的萃取是有效。这就但对电中性的重金属配合物的萃取是有效。这就使超临界使超临界COCO2 2萃取重金属成为可能。萃取重金属成为可能。第二十四页，本课件共有35页25萃取压力是超临界萃取过程中重要的影响因素之一。随着萃取压力是超临界萃取过程中重要的影响因素之一。随着萃取压力的升高，超临界二氧化碳的密度

17、增大，对溶质的萃取压力的升高，超临界二氧化碳的密度增大，对溶质的溶解能力提高。但压力的升高，也会造成二氧化碳的扩散溶解能力提高。但压力的升高，也会造成二氧化碳的扩散能力和传质系数下降，对萃取不利。压力对萃取效果的影能力和传质系数下降，对萃取不利。压力对萃取效果的影响是对二氧化碳的密度和传质系数综合影响的结果。因此，响是对二氧化碳的密度和传质系数综合影响的结果。因此，超超l l临界萃取通常存在一个最适宜的操压力临界萃取通常存在一个最适宜的操压力 1 1、压力对萃取率的影响、压力对萃取率的影响第二十五页，本课件共有35页26第二十六页，本课件共有35页272、温度对萃取率的影响萃取温度是影响超临界

18、萃取效果的另一个重要因素。温度对溶质在超临界二氧化碳中的溶解度的影响比较复杂，主要有两方面：(1)对超临界二氧化碳密度的影响。随着温度的升高，二氧化碳密度降低，溶剂化效应减弱，使溶质在二氧化碳中的溶解度下降；(2)对溶质蒸气压和扩散速度的影响。温度的上升使溶质的蒸气压增大，提高了溶质的挥发性，扩散速度升高，有利于萃取。超临界二氧化碳的密度随温度的上升而下降，随压力的增大而增大。所以，必须同时考虑压力因素，要看温度和超临界二氧化碳的密度究竟那种因素对金属萃取率的变化起主导作用，从而选择适宜的温度和压力。用超临界二氧化碳萃取金属，温度要求不是太高，一般为4060，压力一般为835 MPa。因此，选

19、择40*(2、45、50、55、60，进行超临界二氧化碳萃取金属离子的实验。第二十七页，本课件共有35页28第二十八页，本课件共有35页29对于超临界二氧化碳萃取金属离子，在萃取时一般分为两个过程：静态萃取过程和动态萃取过程。静态萃取过程是指，一定质量比的二氧化碳和夹带剂(乙醇)进入萃取釜后与所萃取的样品充分接触的过程。一般萃取金属时的静态萃取时间控制在10 min左右。动态萃取过程是指携带有夹带剂的超临界二氧化碳连续通过萃取釜内的样品，不断进行萃取分离的过程。在实现超临界萃取金属时，动态的时间影响萃取过程中萃取效率的大小。3、萃取时间对萃取率的影响第二十九页，本课件共有35页30第三十页，本

20、课件共有35页31在超临界二氧化碳萃取过程中，夹带剂对于萃取效果具有双重影响：(1)对超临界二氧化碳密度的影响。少量夹带剂的加入对萃取体系改变不大，甚至可能会造成二氧化碳密度的降低，对萃取效果产生不利影响；(2)适宜的夹带剂与萃取溶质的相互作用。夹带剂和溶质分子之间除了范德华力外，还会产生如氢键、酸碱等特殊的分子间作用力，这些作用力对溶质从原料基体中扩散移出，以及在超临界二氧化碳中的溶解非常有利，提高溶质在超临界二氧化碳中的溶解度，有时甚至可以提高几个数量级。4、夹带剂对萃取率的影响第三十一页，本课件共有35页32第三十二页，本课件共有35页超临界超临界COCO2 2流体萃取重金属的应用流体萃

21、取重金属的应用1.重金属离子2.镧系和锕系元素3.有机金属离子第三十三页，本课件共有35页超临界超临界COCO2 2流体萃取重金属的展望流体萃取重金属的展望n目前超临界目前超临界COCO2 2萃取重金属的研究还处于添加已知萃取重金属的研究还处于添加已知浓度金属离子的预实验阶段，但是，由于超临界浓度金属离子的预实验阶段，但是，由于超临界COCO2 2萃取具有富集重金属效率高、速度快、选择萃取具有富集重金属效率高、速度快、选择性好、无溶剂二次污染的特点，使得此技术有望性好、无溶剂二次污染的特点，使得此技术有望成为环境样品中重金属的预处理及分析的有效手成为环境样品中重金属的预处理及分析的有效手段。段。第三十四页，本课件共有35页感感谢谢大大家家观观看看第三十五页，本课件共有35页