Hóa xanh Chất lỏng siêu tới hạn

Chương 5

CO2 SIÊU TỚI HẠN
1// TS. VŨ NGỌC DOÃN

L/O/G/O


NỘI DUNG
A. MỞ ĐẦU

1. Giới1thiệu về chất lỏng siêu tới hạn (SCF-Supercritical Fluids)
2. Ứng dụng của SCF
3. Tóm tắt các kỹ thuật sử dụng SCF
3

B. CO2 SIÊU TỚI HẠN


Chất lỏng siêu tới hạn

- SCF là một dung môi ở nhiệt độ và áp suất trên nhiệt độ và áp suất
tới hạn của nó (điểm tới hạn).
- Nhiệt độ tới hạn là nhiệt độ tối đa mà
trạng thái lỏng có thể tồn tại.
- Áp suất tới hạn là áp suất tối thiểu cần thiết để hóa lỏng một dung
mơi ở nhiệt độ tới hạn.


Chất lỏng siêu tới hạn

Ưu nhược điểm của chất lỏng
siêu tới hạn

Ưu điểm:
- Tăng chuyển khối
- Khí trộn lẫn hồn tồn
- Khơng có sức căng bề mặt
- Khuyếc tán và chiết tuyệt hảo
- Chất lỏng trơ, khơng độc, rẻ tiền
- Tương thích MT

-

Trạng thái dung môi được điều chỉnh với bằng áp suất, nhiệt độ

Nhược điểm:

-

Là chất không phân cực


CO2 siêu tới hạn


CO2 siêu tới hạn


CO2 siêu tới hạn

CO2 siêu tới hạn


CO2 siêu tới hạn

Di chuyển giống như một chất khí
và hoà tan những thứ như một
chất lỏng


 

Lịch sử của phương pháp siêu tới hạn


o

Năm 1861, Gore là người phát hiện ra CO2 lỏng có thể hồ tan comphor và naphtalen
một cách dễ dàng và cho màu rất đẹp nhưng lại khó hồ tan các chất béo.

o

Từ năm 1875-1876 Andrew lại là người nghiên cứu về trạng thái siêu tới hạn của CO2,
tức là CO2 chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí nhưng vẫn chưa đạt ở dạng
khí hồn tồn mà ở điểm giữa của hai trạng thái lỏng- khí.


o

Một thời gian sau, Buchner (1906) cũng công bố về một số hợp chất hữu cơ khó bay hơi nhưng lại có
khả năng hồ tan trong CO2 siêu tới hạn cao hơn nhiều trong CO2 lỏng.

o

Năm 1920 – 1960 hàng loạt các cơng trình nghiên cứu về dung mơi ở trạng thái siêu tới hạn ra đời. Đó là các dung môi
như: etanol, metanol, di-ethyl eter… Mặc dù vậy CO2 vẫn được lựa chọn sử dụng trong nhiều phản ứng vì nó có các
tính chất mà dung mơi khác khơng có.

o

Cho đến thập kỷ 80, cơng nghệ CO2 siêu tới hạn mới thật sự phổ biến và được nghiên cứu một cách sâu rộng hơn.


ƯU ĐIỂM CỦA VIỆC SỬ DỤNG CO2 SIÊU TỚI HẠN LÀM DUNG
MÔI


việc sử dụng CO2 siêu tới hạn làm dụng môi sẽ cho phép thực hiện quá
trình tổng hợp hữu cơ xanh hơn để:

Cải tiến hiệu suất cải tiến độ
chọn lọc cho phản ứng, kết hợp
với hạn chế mức thấp nhất
năng lượng sự dụng.

Thay thế dung môi hiện tại bằng

Sử dụng CO2 làm tác

dung môi xanh hơn.

chất phản ứng.


việc sử

d ụng C

O2 siếu

hữu cơ
m

độc hại và có chi
•~ Không
 

tới hạn

ang lại

là m d u

th u ậ n

ng môi
c

lợi gì??

??

ho tổng

phí thấp.Hạn chế thấp những việc
độc hại, cháy nổ,ơ nhiễm mơi trường.

~ Làm tan tốt các chất khí như , , CO…
thường rất ít tan trong các dung mơi hữu cơ
thơng thường. Đẩy nhanh các phản ứng có sử dụng khí hydrogen hóa, oxy
hóa, cacbonyl hóa,..
~ Khí CO2 hố hơi không để lại cặn độc hại, là một chất trơ, ít có phản ứng kết
hợp với các chất cần tách chiết, khơng ăn mịn thiết bị.

hợp


việc sử
dụng C
O2 siếu
dụng m
tới hạn
ô i cho
là m
tổng hợ
p hữu
cơ man
g lạ i

thuận l
ợ i g ì? ?
??

~ Tăng cường tốc độ phản ứng.
~ Khống chế phản ứng bằng thay đổi một ít điều kiện vận hành (hằng số điện
môi, độ nhớt, nhiệt độ, áp suất của hỗn hợp…).
~ Dung mơi lý tưởng cho các phản ứng oxy hóa xúc tác và các phản ứng tỏa
nhiệt mạnh.


việc sử
dung m
ô

dụng C

i cho tổ

O2 siếu

ng hợp

thuận l

tới hạn

hữu cơ

ợi gì??

?

?

là m

mang l

ại

~ Q trình phân riêng đơn giản
ít tốn kém và ít chất thải hơn so với các q trình phân riêng truyền
thống.

~ Có khả năng hịa tan các chất có khả năng đầu độc xúc tác dễ dàng, từ đó
xúc tác giữ được hoạt tính lâu hơn và kéo dài tuổi thọ của xúc tác.


MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA CO2 SIÊU TỚI HẠN


Chiết tách các tinh dầu trong

Chiết tách các hoạt chất chữa bệnh

ngành mỹ phẩm và sinh học

từ thảo dược

Công nghệ mạ bằng

CO2 siêu tới hạn

Tách cafein trong cà phê và
chè


CHIẾT TÁCH BẰNG CO2


SẤY LÀM KHÔ

Sức căng bề mặt của CO2 siêu tới hạn cho phép nó để đến mao quản của những khoảng trống hẹp, khơ và loại
bỏ hồn tồn dư lượng bằng cách hịa tan chúng khơng biến dạng cấu trúc.


Kỹ thuật sấy đông khô, kết tủa cưỡng bức

1.

Lớp phủ của giấy siêu kỵ
nước

2.

Lớp phủ trong dược phẩm


Kỹ thuật sấy đông khô

Kỹ thuật giãn nở nhanh
RESS (rapid expansion of supercritical solutions)