CO2 siêu tới hạn trong hóa học xanh Supercritical CO2 trong hóa học xanh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

BÁO CÁO SEMINAR
NHỮNG TIẾN BỘ TRONG HÓA HỌC XANH

Chủ đề: CO2 SIÊU TỚI HẠN
GVHD: PGS.TS Phan Thanh Sơn Nam
TPHCM, tháng 4 năm 2017


NỘI DUNG

KHÁI QUÁT CHUNG

TÍNH CHẤT CỦA CO2 SIÊU TỚI HẠN
SẢN XUẤT VÀ ĐIỀU CHẾ
ỨNG DỤNG
2


KHÁI QUÁT CHUNG
- Thay thế dung môi hiện tại bằng dung môi xanh hơn.
- Tăng cường quá trình truyền khối trong hệ phản ứng.
- Cải tiến hiệu suất, cải tiến độ chọn lọc cho phản ứng, kết hợp hạn chế

đến mức thấp nhất năng lượng sử dụng.
- Đồng thời sử dụng CO2 làm tác chất cho phản ứng.

3

KHÁI QUÁT CHUNG
- Sức căng bề mặt thấp

- Độ linh động cao
- Độ nhớt thấp, khả năng khuếch tán cao
- Tỷ trọng xấp xỉ tỷ trọng của chất lỏng
- Khả năng hoà tan dễ điều chỉnh bằng nhiệt độ và áp suất
- Phân riêng sản phẩm, kéo dài tuổi thọ xúc tác, thu hồi và
tái sử dụng xúc tác….
4


KHÁI QUÁT CHUNG
- Dễ kiếm, rẻ tiền

- Trơ, ít phản ứng với các chất cần tách
- Không bắt lửa, không duy trì sự cháy

- Không làm ô nhiễm môi trường
- Không độc với cơ thể, không ăn mòn thiết bị

- Hoà tan tốt các chất hữu cơ rắn, lỏng
- Hoá hơi không để lại cặn độc hại
5


KHÁI QUÁT CHUNG
Hạn chế của SCO2

- Phải thực hiện ở áp suất cao do đó nâng cao giá thành
- CO2 không phân cực, không thể sử dụng chiết tách những

chất phân cực

6


KHÁI QUÁT CHUNG

- Aldehyde, Ketone, Ester, Alcohol
- Các chất khí như H2, O2, CO…
- Các halogen-cacbon có phân tử lượng nhỏ và trung bình
- Các hydrocacbon mạch thẳng không phân cực, phân tử lượng thấp
và có mạch cacbon dưới 20.
- Các hydrocacbon thơm có phân tử lượng nhỏ
7


TÍNH CHẤT CỦA CO2 SIÊU TỚI HẠN

o Tc = 31oC
o Pc = 73,75 bar
o rc = 0,47g/mL
Thấp so với các dung môi khác

Giản đồ pha nhiệt độ - áp suất của CO8 2


TÍNH CHẤT CỦA CO2 SIÊU TỚI HẠN

Tên gọi

Carbon dioxide

Công thức hóa học

CO2 (cấu trúc phân tử: O=C=O)

Khối lượng phân tử

MCO2 = 44,011 kg/kmol

Thể tích ở điều kiện chuẩn

Vmn = 22,263 m3/kmol

Hằng số khí

RCO2 = 0,1889 kJ/(kg.K)

Khối lượng riêng khí ở 273,15Kvà 1,013 bar

ρn = 1,977 kg/m3

Nhiệt độ tới hạn

Tc = 304,15 K

Áp suất tới hạn

Pc = 73,83 bar

Khối lượng riêng tới hạn

ρc = 466 kg/m3

Nhiệt độ thăng hoa

Ts = 194,25 K; Ps = 0,981 bar

Điểm ba

TT = 216,55 K; PT = 5,18 bar

Nhiệt độ phân hủy

>1473,15 K

9


TÍNH CHẤT CỦA CO2 SIÊU TỚI HẠN
Các hình chụp thể hiện sự biến mất dần về mặt
phânchia pha của CO2 khi tăng nhiệt độ và áp suất

a) Bề mặt phân chia pha lỏng – khí còn rõ rang
b) Bề mặt phân chia pha mờ dần

c) CO2 ở trạng thái siêu tới hạn đồng nhất
10

TÍNH CHẤT CỦA CO2 SIÊU TỚI HẠN

Đường phân chia 2 pha lỏng khí rõ ràng
11


TÍNH CHẤT CỦA CO2 SIÊU TỚI HẠN

Khi tăng nhiệt độ đường phân chia 2 pha mờ dần
12


TÍNH CHẤT CỦA CO2 SIÊU TỚI HẠN

Tăng nhiệt độ cao hơn nữa sẽ làm cho tỉ trọng chất lỏng và khí gần nhau hơn,
đường phân cách 2 pha vẫn tồn tại nhưng khó quan sát
13


TÍNH CHẤT CỦA CO2 SIÊU TỚI HẠN

Khi đã đạt tới nhiệt độ và áp suất tới hạn thì không còn phân biệt được 2 pha nữa,
đường phân cách cũng không còn, tạo 1 pha đồng nhất.
14


TÍNH CHẤT CỦA CO2 SIÊU TỚI HẠN

Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất lên tỷ trọng CO2
15


TÍNH CHẤT CỦA CO2 SIÊU TỚI HẠN

Sự phụ thuộc độ tan phần mol của benzoic acid
trong SCO2 theo nhiệt độ và áp suất

16


SẢN XUẤT VÀ ĐIỀU CHẾ

Sự biến đổi trạng thái của CO2

17


SẢN XUẤT VÀ ĐIỀU CHẾ

18


SẢN XUẤT VÀ ĐIỀU CHẾ

19


SẢN XUẤT VÀ ĐIỀU CHẾ

Kỹ thuật phân riêng

Kĩ thuật giãn nở nhanh của lưu chất siêu tới hạn
Jennifer Jung, M.P ., Particle design using supercritical fluids: Literature and patent survey . The Journal of Supercritical Fluids, 2001. 20: p. 179-219.

20


SẢN XUẤT VÀ ĐIỀU CHẾ

Kỹ thuật phân riêng
Ưu điểm:
Sản phẩm rắn hình thành có độ phân bố kích thước hẹp
Xảy ra nhanh không cần điều kiện chân không
Ổn định các phức cơ kim.
Nhược điểm:

Chỉ áp dụng cho các chất có khả năng tan trong dung môi siêu tới hạn.
Đối với các chất rắn ít tan trong dm siêu tới hạn, dùng nhiều dm.
Chi phí cao.
Jennifer Jung, M.P ., Particle design using supercritical fluids: Literature and patent survey . The Journal of Supercritical Fluids, 2001. 20: p. 179-219.

21


SẢN XUẤT VÀ ĐIỀU CHẾ

Kỹ thuật phân riêng
Ứng dụng chiết một số chất bằng hệ thống RESS

Jennifer Jung, M.P ., Particle design using supercritical fluids: Literature and patent survey . The Journal of Supercritical Fluids, 2001. 20: p. 179-219.

22


SẢN XUẤT VÀ ĐIỀU CHẾ

Kỹ thuật phân riêng
• Tương tự như phương pháp kết tủa, kết tinh

truyền thống, sử dụng dm hc có độ phân cực
khác hoàn toàn với độ phân cực của dm có trong
một hệ dd nào đó

• Ưu điểm:
Điều khiển được nhiệt độ, tỷ trọng, lưu lượng SCO2

Khống chế được dạng thù hình, kích thước hạt rắn.
23


SẢN XUẤT VÀ ĐIỀU CHẾ

Kỹ thuật phân riêng

24


SẢN XUẤT VÀ ĐIỀU CHẾ

Kỹ thuật phân riêng

Kĩ thuật sử dụng lưu chất siêu tới hạn làm dung môi ít tan
Jennifer Jung, M.P ., Particle design using supercritical fluids: Literature and patent survey . The Journal of Supercritical Fluids, 2001. 20: p. 179-219. 25