Tính chất, chế tạo và ứng dụng của CO2 siêu tới hạn

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

1

Nội dung thực hiện

Tổng quan

2

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

- 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

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

5

so với các dung môi khác

Tổng quan

6

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

Tổng quan

- 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

Thấp so với các dung môi khác

Giản đồ pha nhiệt độ - áp suất của CO 2

Tính chất hoá lý

9

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 m 3 /kmol

Hằng số khí RCO2 = 0,1889 kJ/(kg.K)

Khối lượng riêng khí ở 273,15Kvà 1,013 bar ρn = 1,977 kg/m 3

Nhiệt độ tới hạn Tc = 304,15 K

Áp suất tới hạn Pc = 73,83 bar

Khối lượng riêng tới hạn ρc = 466 kg/m 3

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

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

Đường phân chia 2 pha lỏng khí rõ ràng.

11

Tính chất hoá lý

Khi tăng nhiệt độ đường phân chia 2 pha mờ dần

12

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

13

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.

14

Tính chất hoá lý

Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất lên tỷ trọng CO 2

Tính chất hoá lý

Sự phụ thuộc độ tan phần mol của benzoic acid

Tính chất hoá lý

Sự biến đổi trạng thái của CO 2

Điều chế SCO2

Điều chế SCO2

Điều chế SCO2

Kỹ thuật phân riêng

RESS (Rapid expansion of supercritical solution)

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.

Kỹ thuật phân riêng

RESS (Rapid expansion of supercritical solution)

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

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.

Kỹ thuật phân riêng

RESS (Rapid expansion of supercritical solution)

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.

 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 SCO 2

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

23

Kỹ thuật phân riêng

Sử dụng lưu chất SCO2 làm dung môi tạo kết tủa

Kỹ thuật phân riêng

Hệ thống ROSA (reaction in organics with supercritical antisolvent) sử dụng lưu chất SCO2 làm dung môi tạo kết tủa

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 Supercritical Fluids, 2001 20: p 179-219.

Kỹ thuật phân riêng

SAS (Supercritical Anti-solvent)

B.Gupta, R., Nanoparticle Technology for Drug Delivery, in Drug and The Phamaceutical sciences, U.B.K., Editor 2006, Taylor & Francis Group: New York p 82

51-Kỹ thuật phân riêng

 Phân tán các thành phần hầu như không tan trong SCO 2

 SCO 2 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

27

Kỹ thuật phân riêng

Kỹ thuật phun phân tán (atomization/nebulization)

PGSS (Particles from gas saturated solutions process)

Kĩ thuật tạo hạt từ quá trình phân tán của SCO 2

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

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.

Ứng dụng

31

Sơ đồ chiết sử dụng SCO 2

CHIẾT SIÊU TỚI HẠN (SFE)

Ứng dụng

32

CHIẾT SIÊU TỚI HẠN (SFE)

Dùng CO 2 siêu tới hạn (SCO 2 ) ly trích hương liệu:

SCO 2 từ compressor qua extractor cuốn

theo hương liệu, -> giảm áp suất để hương

liệu kết tụ lại -> qua separator hương liệu

được giữ lại CO 2 được nén tại compressor

tiếp tục quy trình.

Ứng dụng

33

CHIẾT SIÊU TỚI HẠN (SFE)

Tách caffeine trong cafe và chè:

+ Hòa tan ít chlorophyl, sáp,

carotenoid.

+ Không hòa tan đường, protein,

thuốc trừ sâu, acid amin,tannin.

Vì vậy , SCO 2 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.

Ứng dụng

có chứa hàm lượng Carbon Đây có thể là yếu tố làm tăng độ cứng của lớp

mạ nickel.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Jennifer Jung, M.P , Particle design using supercritical fluids: Literature and patent

survey

The Journal of Supercritical Fluids, 2001 20: p 179-219

2 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.

3 B.Gupta, R., Nanoparticle Technology for Drug Delivery, in Drug and The

Phamaceutical sciences, U.B.K., Editor 2006, Taylor & Francis Group: New York p 51-82.

4 Nam, P T S (2008) Hóa học xanh Việt Nam, Đại học quốc gia tpHCM.

5 Dũng, N V (2012) Tạo hạt submicro acid salicylic sử dụng lưu chất siêu tới hạn, ĐHBK HCM.

6 Minh, N C (2010) Nghiên cứu chiết tách caffeine từ lá trà bằng CO2 lỏng ở trạng thái siêu tới hạn, ĐHBK HCM.

7 Phụng, L T K (2009) Ứng dụng kĩ thuật lưu chất siêu tới hạn trong tạo hạt dược phẩm ĐHBK HCM.

8 Bhardwaj, L "A review on methodology and application of supercritical fuild technology in

pharmaceutical industry."

9 Dvoyashkin, M "Introduction to supercriticalfluids."

39