超临界二氧化碳流体
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超临界二氧化碳流体
自1869年安德鲁斯发现临界点至今已有100多年的 历史 ，然而超临界流体（SFE）开发研究的蓬勃发展只 是近30年的事。
20世纪70年代，德国、美国、日本等国开始将SFE 技术应用于工业生产。我国于1991年研究开发了该项技 术在中药中的应用。现在，SFE作为一项新技术，在我 国中医药工业上，尤其是在中草药有效成分提取上已经 开始被应用，而且有着越来越广阔的应用前景。
SCΒιβλιοθήκη BaiduCO2作为洗涤剂的应用
• 例如半导体的清洗。半导体材料，如存储器、光 电子设备、集成电路、电路板、芯片等中许多的 金属刻痕虽然通过了清洁洗涤，但仍有些残渣留 在半导体表面或侧面，这些残渣中主要含有碳、 氢、硅、铝、氟、氯及氧等成分。这些残渣很容 易导致电路短路、半导体材料腐蚀等问题。利用 液态或SC-CO2进行半导体材料的残渣洗涤已经引 起了各国极大的兴趣。
• 1999年至今,每年都有很多的专利关于SC-CO2在 半导体领域中应用的报道。
超临界二氧化碳流体
• 高于临界温度和临界压力而接近临界点的状态称为超临界 状态。处于超临界状态时，气液两相性质非常相近，以至 无法分别，所以称之为SCF。
• 目前研究较多是超临界二氧化碳流体（SC-CO2） • 具有无毒、不燃烧、对大部分物质不反应、价廉等优点。
在超临界状态下，CO2流体兼有气液两相的双重特点，既 具有与气体相当的高扩散系数和低粘度，又具有与液体相 近的密度和物质良好的溶解能力。
SC-CO2作为反应介质的应用
• 化学反应一般都需要反应介质，一个好的反应介质要具备 以下特征:与反应物有较好的溶解性、安全(不易燃易爆)、 毒性小、与产物易于分离、经济、易于实现循环使用。然 而,制药工业、化学工业中很多反应溶剂很难满足上述全部 要求，而SC-CO2可以满足上述要求。因此，它们作为化 学反应介质在国外得到广泛应用。
SC-CO2应用于细胞破壁与微粒制造
• SC-CO2超微化技术 • 例如治疗糖尿病的胰岛素，目前的剂型为针剂注射液，如
果能制成超微化的胶束改注射为口服，将大大方便患者。 • 其原理是：将要制成纳/微米粉的固体(溶质，如胰岛素)先
溶于有机溶剂(如乙酸乙酯)中形成溶液，再将该溶液迅速 喷洒在超临界流体中，此溶液中的溶质不溶于超临界流体， 但溶剂却能与超临界流体互溶，当超临界流体将溶液中的 溶剂反溶后，能在极短的时间内使溶液形成极大的过饱和 度，促使溶质以纳米或微米颗粒析出。 • 超临界流体技术开辟了获取微细颗粒的新途径，已引起国 内外学者的重视。使用超临界流体技术制造微/纳米医药 材料或诱导聚碳酸酯结晶等技术都已取得重大突破。
SC-CO2应用于细胞破壁与微粒制造
• SC-CO2细胞破壁技术
• 长期以来，细胞内的活性物质(如胞内酶)的提取是一个难 题，各种破壁手段都有可能造成酶活性的大量损失。
• 利用CO2在临界状态下的特性可以对微生物细胞进行破壁， 同时对微生物细胞内的活性物质如各种酶等不产生损害。 该方法实际上是物理法和化学法的结合，它利用CO2能溶 解脂类的特性，将细胞壁和膜上的脂溶性物质溶解，提高 了细胞壁和膜的通透性，使CO2容易渗入细胞，最终导致 细胞壁的坍塌。
• 目前利用SC-CO2作溶剂的反应主要是聚合反应和酯化反 应。
• 另外还有超临界二氧化碳中的加氢反应、氢甲酰化反应和 氧化反应。
SC-CO2作为洗涤剂的应用
• 超临界二氧化碳的表面张力极低，同时具有较低粘度及高 扩散性，对弱极性污染物的溶解能力较强，清除效果相当 好，是一种优良的清洗介质。
• 目前超临界二氧化碳清洗技术已经应用于如下领域：①清 洗印刷电路板、硅芯片等的电子工业；②清洗精密轴承等 的精密机械业；③清洗镜片等光学工业；④医疗器材业； ⑤食品行业中能溶解并除去食品中的残留农药并有效杀死 细菌。
SC-CO2萃取
• 超临界状态下，CO2对不同溶质的溶解能力差别很大，这 与溶质的极性、沸点和分子量密切相关，一般来说由以下 规律：亲脂性、低沸点成分可在低压萃取(104Pa),如挥发 油、烃、酯等；化合物的极性基团越多，就越难萃取；化 合物的分子量越高，越难萃取。
• 近年来的研究例如有：从参叶中萃取人参皂苷，从当归中 萃取当归精油；从砂仁、薄荷、紫苏、大蒜、补骨脂等药 材中萃取有效成分；从益母草、川芍、香附等几十种药材 中萃取有效成分。
超临界二氧化碳流体
• SC-CO2目前主要的应用方向有4个：
• SC-CO2萃取 • 细胞破壁和微粒制造 • 作为反应溶剂 • SC-CO2洗涤
SC-CO2萃取
• 超临界二氧化碳萃取(SFE-CO2)技术是近几十年来发展 形成的一项新型分离技术，因具有无毒、无残留溶剂、 处理温度低、选择性强、不易燃、安全、节能、溶剂可 循环使用等优点而被誉为“绿色分离技术”，特别适合 于不稳定天然产物和生理活性物质的分离与精制，成为 食品、香料和医药等深加工领域中获得高品质产品的最 有效手段之一 。
自1869年安德鲁斯发现临界点至今已有100多年的 历史 ，然而超临界流体（SFE）开发研究的蓬勃发展只 是近30年的事。
20世纪70年代，德国、美国、日本等国开始将SFE 技术应用于工业生产。我国于1991年研究开发了该项技 术在中药中的应用。现在，SFE作为一项新技术，在我 国中医药工业上，尤其是在中草药有效成分提取上已经 开始被应用，而且有着越来越广阔的应用前景。
SCΒιβλιοθήκη BaiduCO2作为洗涤剂的应用
• 例如半导体的清洗。半导体材料，如存储器、光 电子设备、集成电路、电路板、芯片等中许多的 金属刻痕虽然通过了清洁洗涤，但仍有些残渣留 在半导体表面或侧面，这些残渣中主要含有碳、 氢、硅、铝、氟、氯及氧等成分。这些残渣很容 易导致电路短路、半导体材料腐蚀等问题。利用 液态或SC-CO2进行半导体材料的残渣洗涤已经引 起了各国极大的兴趣。
• 1999年至今,每年都有很多的专利关于SC-CO2在 半导体领域中应用的报道。
超临界二氧化碳流体
• 高于临界温度和临界压力而接近临界点的状态称为超临界 状态。处于超临界状态时，气液两相性质非常相近，以至 无法分别，所以称之为SCF。
• 目前研究较多是超临界二氧化碳流体（SC-CO2） • 具有无毒、不燃烧、对大部分物质不反应、价廉等优点。
在超临界状态下，CO2流体兼有气液两相的双重特点，既 具有与气体相当的高扩散系数和低粘度，又具有与液体相 近的密度和物质良好的溶解能力。
SC-CO2作为反应介质的应用
• 化学反应一般都需要反应介质，一个好的反应介质要具备 以下特征:与反应物有较好的溶解性、安全(不易燃易爆)、 毒性小、与产物易于分离、经济、易于实现循环使用。然 而,制药工业、化学工业中很多反应溶剂很难满足上述全部 要求，而SC-CO2可以满足上述要求。因此，它们作为化 学反应介质在国外得到广泛应用。
SC-CO2应用于细胞破壁与微粒制造
• SC-CO2超微化技术 • 例如治疗糖尿病的胰岛素，目前的剂型为针剂注射液，如
果能制成超微化的胶束改注射为口服，将大大方便患者。 • 其原理是：将要制成纳/微米粉的固体(溶质，如胰岛素)先
溶于有机溶剂(如乙酸乙酯)中形成溶液，再将该溶液迅速 喷洒在超临界流体中，此溶液中的溶质不溶于超临界流体， 但溶剂却能与超临界流体互溶，当超临界流体将溶液中的 溶剂反溶后，能在极短的时间内使溶液形成极大的过饱和 度，促使溶质以纳米或微米颗粒析出。 • 超临界流体技术开辟了获取微细颗粒的新途径，已引起国 内外学者的重视。使用超临界流体技术制造微/纳米医药 材料或诱导聚碳酸酯结晶等技术都已取得重大突破。
SC-CO2应用于细胞破壁与微粒制造
• SC-CO2细胞破壁技术
• 长期以来，细胞内的活性物质(如胞内酶)的提取是一个难 题，各种破壁手段都有可能造成酶活性的大量损失。
• 利用CO2在临界状态下的特性可以对微生物细胞进行破壁， 同时对微生物细胞内的活性物质如各种酶等不产生损害。 该方法实际上是物理法和化学法的结合，它利用CO2能溶 解脂类的特性，将细胞壁和膜上的脂溶性物质溶解，提高 了细胞壁和膜的通透性，使CO2容易渗入细胞，最终导致 细胞壁的坍塌。
• 目前利用SC-CO2作溶剂的反应主要是聚合反应和酯化反 应。
• 另外还有超临界二氧化碳中的加氢反应、氢甲酰化反应和 氧化反应。
SC-CO2作为洗涤剂的应用
• 超临界二氧化碳的表面张力极低，同时具有较低粘度及高 扩散性，对弱极性污染物的溶解能力较强，清除效果相当 好，是一种优良的清洗介质。
• 目前超临界二氧化碳清洗技术已经应用于如下领域：①清 洗印刷电路板、硅芯片等的电子工业；②清洗精密轴承等 的精密机械业；③清洗镜片等光学工业；④医疗器材业； ⑤食品行业中能溶解并除去食品中的残留农药并有效杀死 细菌。
SC-CO2萃取
• 超临界状态下，CO2对不同溶质的溶解能力差别很大，这 与溶质的极性、沸点和分子量密切相关，一般来说由以下 规律：亲脂性、低沸点成分可在低压萃取(104Pa),如挥发 油、烃、酯等；化合物的极性基团越多，就越难萃取；化 合物的分子量越高，越难萃取。
• 近年来的研究例如有：从参叶中萃取人参皂苷，从当归中 萃取当归精油；从砂仁、薄荷、紫苏、大蒜、补骨脂等药 材中萃取有效成分；从益母草、川芍、香附等几十种药材 中萃取有效成分。
超临界二氧化碳流体
• SC-CO2目前主要的应用方向有4个：
• SC-CO2萃取 • 细胞破壁和微粒制造 • 作为反应溶剂 • SC-CO2洗涤
SC-CO2萃取
• 超临界二氧化碳萃取(SFE-CO2)技术是近几十年来发展 形成的一项新型分离技术，因具有无毒、无残留溶剂、 处理温度低、选择性强、不易燃、安全、节能、溶剂可 循环使用等优点而被誉为“绿色分离技术”，特别适合 于不稳定天然产物和生理活性物质的分离与精制，成为 食品、香料和医药等深加工领域中获得高品质产品的最 有效手段之一 。