Bài trình bày về: Tính chất, chế tạo và ứng dụng của CO2 siêu tới hạn. Đây là nguồn tài liệu cực kỳ có ích cho các bạn đang học về môn hoá học xanh ở bậc cao học, chỉ dùng làm tài liệu tham khảo thôi thì kiến thức của mình đã thay đổi hẳn. Dung môi CO2 siêu tới hạn có rất nhiều ứng dụng hay.
CO 2 SIÊU TỚI HẠN GVHD: TS. PHAN THANH SƠN NAM HVTH: NGUYỄN BÁ DŨNG NGUYỄN PHÚ QUÍ PHAN NGUYỄN THU XUÂN ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC Nội dung thực hiện Tổng quan Tính chất Chế tạo Ứng dụng Tổng quan - 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 CO 2 làm tác chất cho phản ứng. Ưu điểm của SCO 2 Tổng quan - 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…. Ưu điểm của SCO 2 Tổng quan - 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 Ưu điểm của dung môi SCO 2 so với các dung môi khác Tổng quan Hạn chế của SCO 2 - Phải thực hiện ở áp suất cao do đó nâng cao giá thành - CO 2 không phân cực, không thể sử dụng chiết tách những chất phân cực Tổng quan - Aldehyde, Ketone, Ester, Alcohol - Các chất khí như H 2 , O 2 , 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 Các chất tan tốt trong SCO 2 Tính chất hoá lý o T c = 31 o C o P c = 73,75 bar o ρ c = 0,47g/mL Thấp so với các dung môi khác Giản đồ pha nhiệt độ - áp suất của CO 2 Tính chất hoá lý Tên gọi Carbon dioxide Công thức hóa học CO 2 (cấu trúc phân tử: O=C=O) Khối lượng phân tử M CO2 = 44,011 kg/kmol Thể tích ở điều kiện chuẩn V mn = 22,263 m 3 /kmol Hằng số khí R CO2 = 0,1889 kJ/(kg.K) Khối lượng riêng khí ở 273,15Kvà 1,013 bar ρ n = 1,977 kg/m 3 Nhiệt độ tới hạn T c = 304,15 K Áp suất tới hạn P c = 73,83 bar Khối lượng riêng tới hạn ρ c = 466 kg/m 3 Nhiệt độ thăng hoa T s = 194,25 K; P s = 0,981 bar Điểm ba T T = 216,55 K; P T = 5,18 bar Nhiệt độ phân hủy >1473,15 K Các hình chụp thể hiện sự biến mất dần về mặt phân chia 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 Tính chất hoá lý [...]... trạng thái siêu tới hạn 31 Ứng dụng CHIẾT SIÊU TỚI HẠN (SFE) Sơ đồ chiết sử dụng SCO2 32 Ứng dụng CHIẾT SIÊU TỚI HẠN (SFE) Dùng CO2 siêu tới hạn (SCO2) ly trích hương liệu: SCO2 từ compressor qua extractor cuốn theo hương liệu, -> giảm áp suất để hương liệu kết tụ lại -> qua separator hương liệu được giữ lại CO2 được nén tại compressor tiếp tục quy trình 33 Ứng dụng CHIẾT SIÊU TỚI HẠN (SFE) Tách caffeine... còn, tạo 1 pha đồng nhất 15 Tính chất hoá lý Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất lên tỷ trọng CO2 16 Tính chất hoá lý Sự phụ thuộc độ tan phần mol của benzoic acid trong SCO2 theo nhiệt độ và áp suất Điều chế SCO2 Sự biến đổi trạng thái của CO2 17 18 Điều chế SCO2 19 Điều chế SCO2 Kỹ thuật phân riêng 20 RESS (Rapid expansion of supercritical solution) Kĩ thuật giãn nở nhanh của lưu chất siêu tới hạn. .. 29 Ứng dụng sử dụng kỹ thuật phân riêng Tính năng kỹ thuật của các quá trình Zeljko Knez, E.W., Particles formation and particle design using supercritical fluids Current Opinion in Solid State and Materials Science, 2003 7: p 353-361 30 Ứng dụng CHIẾT SIÊU TỚI HẠN (SFE) Là quá trình tách một thành phần (chất chiết suất) từ một hỗn hợp (chất nền rắn hoặc hỗn hợp lỏng) bằng chất lỏng ở trạng thái siêu. .. hầu như không tan trong SCO2 SCO2 được tạo nhũ trong pha lưu chất sau đó giảm áp, CO2 thoát ra khỏi hỗn hợp=> lưu chất còn lại được phân tán thành những giọt nhỏ Được sử dụng trong công nghệ vật liệu vô cơ: tạo hạt, tạo lớp phủ, phẩm màu dạng pigment Kỹ thuật phân riêng 28 PGSS (Particles from gas saturated solutions process) Kĩ thuật tạo hạt từ quá trình phân tán của SCO2 Jennifer Jung, M.P ,... CHIẾT SIÊU TỚI HẠN (SFE) Tách caffeine trong cafe và chè: 34 Ứng dụng Đặc điểm chiết tách của SCO2 + Hòa tan ít chlorophyl, sáp, carotenoid + Không hòa tan đường, protein, thuốc trừ sâu, acid amin,tannin Vì vậy, SCO2 khi ly trích caffein trong hạt cafe thì nó sẽ không làm mất mùi vị của caffein, hiệu suất cũng cao từ 97-99 % và ko để lại cặn bã 35 Ứng dụng Mạ - Lớp mạ sáng, bóng, nhẵn hơn nhiều so với...11 Tính chất hoá lý Đường phân chia 2 pha lỏng khí rõ ràng 12 Tính chất hoá lý Khi tăng nhiệt độ đường phân chia 2 pha mờ dần 13 Tính chất hoá lý 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 14 Tính chất hoá lý Khi đã đạt tới nhiệt độ và áp suất tới hạn thì không còn phân biệt được 2... 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 Kỹ thuật phân riêng 22 RESS (Rapid expansion of supercritical solution) Ứng dụng chiết một số... Supercritical Fluids, 2001 20: p 179-219 23 Kỹ thuật phân riêng Sử dụng lưu chất SCO2 làm dung môi tạo kết tủa 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 Kỹ thuật phân riêng 24 Hệ... được dạng thù hình, kích thước hạt rắn Kỹ thuật phân riêng 24 Hệ thống ROSA (reaction in organics with supercritical antisolvent) sử dụng lưu chất SCO2 làm dung môi tạo kết tủa Kỹ thuật phân riêng 25 SAS (Supercritical Anti-solvent) 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... có độ dày lớn hơn nhiều lần (hình dưới); - Kích thước độ hạt có thể đạt đến dưới 10nm; 36 Ứng dụng Mạ Một trong những ưu điểm nổi trội của phương pháp mạ SCO2 là có thể thực hiện quá trình mạ ở trong các khe hở/lỗ chỉ hàng chục nanomet Kết quả đạt được là nhờ khả năng khuếch tán của dung dịch mạ trong môi trường SCO2 cao hơn nhiều so với điều kiện mạ truyền thống . sát Tính chất hoá lý 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. Tính chất hoá lý Ảnh hưởng của. phân chia 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 Tính chất hoá lý Đường. 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 CO 2 làm tác chất cho phản ứng. Ưu điểm của SCO 2 Tổng quan - Sức căng bề