Chất lỏng siêu tới hạn

..:: HÓA HỌC CHUYÊN NGÀNH -SPECIALIZED CHEMISTRY PHYSICAL ORGANIC CHEMISTRY
1

Khí Cacbonic (C02) vốn từ trước đến nay mang tiếng xấu vì nó là khi gây hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng lên. Nhưng trong tương lai CO2 có thể là một chất hữu ích thay thế các chất giặt rửa độc hại mà hiện nay vẫn được sử dụng nhiều là tricloetylen và pecloetylen (“tri” và “pe”). Cả hai chất này đều là hydrocacbon cao hóa, chúng bị tình nghi gây ung thư và phá hoại tầng ôzôn bảo vệ trái đất. Vì vậy người ta đang tìm các chất thay thế chúng.

Hiện nay, các nhà nghiên cứu Đức đã chế tạo những thiết bị sử dụng CO2 để làm sạch phế liệu công nghiệp và quần áo.

Để có thể dùng CO2 tẩy sạch tất cả các loại vết bẩn, người ta phải hóa lỏng nó dưới áp suất cao.

CO2 lỏng có thể làm sạch các chất nguy hiểm như phenol và biphenyl polyclo hóa trong nước hoặc trong đất ô nhiễm, nó cũng có thể thay mỡ và dầu bám trên kim loại. Quá trình tẩy rửa này không làm thoát khí thải.

Quá trình giặt rửa trong các thiết bị tương lai dùng CO2 sẽ diễn ra như sau: người ta cho CO2 lỏng ỵào trống giặt chứa quần áo bẩn. Áp suất trong trống giặt khoảng 40 bar (tức là 40 lần áp suất không khí bình thường). Sau khi tách các chất bẩn khỏi vải, CO2 lỏng được dẫn đến bình giảm áp. Các chất bẩn cuốn theo sẽ lắng xuống đáy hình, CO2 hóa thành khí và được chuyển sang thiết bị hóa lỏng để tái sử dụng.

Chai tẩy rửa CO2 có nhiều ưu điểm, nó không độc hại như các chất Per, Tri và các chất tẩy rửa khác. Ngoài ra CO2 dễ dàng tẩy sạch quân áo da va áo lông thú. Mỗi lần giặt bằng CO2 chỉ mất 10 phút, tức là nhanh gấp 4 đến 5 lần so với các quy trình giặt rửa thông dụng.

Tuy chưa cạnh tranh được với các máy giặt tiện lợi và an toàn thông thường hiện nay, nhưng CO2 có thể được sử dụng trong các quy trình tẩy rửa công nghiệp. Ngành sản xuất đồ điện tử và xe hơi hàng năm thải ra hàng trăm tấn phế liệu như phôi, mạt kim loại, các mẩu vụn thừa,… các phế liệu này phải được tẩy rửa trước khi dùng làm nguyên liệu tái sinh.

Trung tâm nghiên cứu Kaslsruhe Đức đang, vận hành một thiết bị dùng CO2 tẩy dầu mỡ khỏi các phế liệu công nghiệp. Trong quy trình này lỏng chảy qua bình chứa các phoi kim loại cần làm sạch. Dầu mỡ bị hòa tan và cuốn trôi theo dòng C02 vào một bình riêng.

Sau khi giảm áp C02 hoàn toàn chuyển thành khí. Trong dầu mỡ tách ra không còn dư dung môi như ở các quy trình tẩy rửa khác nên chúng có thể được sử dụng lại. .

C02 lỏng còn có thể thay thế cùng một lúc nhiều dung môi, vì tính chất tẩy rửa của nó có thể thay đổi theo áp suất. Ở áp suất thấp C02 có khả năng rửa benzol và cloroform rất tốt. Ở áp suất cao thì khả năng rửa dầu và mỡ của C02 tăng lên.

Thiết bị trên của Đức hoạt động ở áp suất 400 bar và có thể tẩy rửa mỗi lần 100 đến 240 kg phế liệu kim loại. Về mặt kỹ thuật người ta hoàn toàn có thể chế tạo các thiết bị lớn công suất nhiều tấn một mẻ dùng trong công nghiệp. Các kỹ sư Đức ở trung tâm nghiên cứu trên đã thành lập hãng sản xuất những thiết bị như vậy.

Một hãng ở Mỹ cũng đang sử dụng quy trình C02 tương tự để làm sạch nước thải và đất bị ô nhiễm hóa chất hoặc dầu mỏ. Trong các phòng thí nghiệm đã từ lâu người ta sử dụng C02 để tách và phân tích cặn dư của thuốc trừ sâu và PCB (Biphenyl polyclo hóa) trong mẫu thực phẩm, nước và đất.

C02 cũng được sử dụng từ lâu trong công nghiệp chế biến thực phẩm, ví dụ để làm sạch các chất gia vị và hạt men bia; và để tách chất cafein khỏi hạt cà phê. .

[RIGHT]NGHIÊM THỊ HIỂN Theo Frankfurt allgemeine Zeitung[/RIGHT]

2

Chất lỏng siêu tới hạn hình thành khi nhiệt độ và áp suất vượt quá điểm tới hạn (critical point):

Ở trạng thái này, tỷ trọng của pha lỏng và pha khí bằng nhau, ranh giới phân biệt giữa 2 pha biến mất:

Điểm tới hạn của một số dung môi:

Mang tính chất của chất khí (dễ khuyếch tán vào chất rắn) và chất lỏng (hòa tan chất khác), nên chất lỏng siêu tới hạn có nhiều ứng dụng. Nước và CO2 siêu tới hạn được dung nhiều trong ly trích, tẩy rữa, dung môi cho pư hữu cơ (Hóa học xanh). Ethylene và propylene được dùng nhiều trong các hệ thống polymer, vừa làm dung môi, vừa làm tác chất phản ứng.

Dùng CO2 siêu tới hạn (ScCO2) ly trích hương liệu:

ScCO2 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.

Tách caffeine:

3

Phương pháp này dùng trong hóa học xanh rất tốt trong việc ly trích hương liệu. Ưu điểm của nó là:

  • Khả năng chiết tách cao. + Tốc độ phản ứng lớn. + Pc= 73.8bar ,Tc = 31,1oC nên hòa tan chất dễ phân hủy ở nhiệt độ cao
  • Có khả năng tái sử dụng vì vậy chi phí rẻ hơn
  • An toàn,độ tinh khiết cao
  • Dễ tạo

Đặc điểm chiết tách của ScCO2

  • Hòa tan tốt các chất không phân cực,các chất phân cực kém.
  • Hòa tan ít chlorophyl, sáp,carotenoid.
  • Không hòa tan đường, protein, thuốctrừ sâu, acid amin,tannin. Vì vậy, ScCO2 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.

Mặc dù phương pháp này có nhiều ưu điểm vậy thế nhưng nó chỉ mang tính học cho biết thế thôi. Phương pháp này ở nước ngoài người ta dùng để ly trích rất tốt, còn ở nước ta khó áp dụng lắm ( do kinh phí mua thiết bị ly trích này đắt quá và thiết bị dùng để ly trích phải tạo một áp suất tương đối cao nên khó là thế)

4

Em đang tìm hiểu về giảm đồ pha của carbondioxide siêu tới hạn , có anh chị nào cho em biết tại sao khi vượt qua điểm tới hạn thì chất lại chuyển qua trạng thía siêu tới hạn hay không ( mà không tiếp tục tới hạn ) ?

5

Bạn cứ hình dung thế này nhé, khi nhiệt độ cao làm tăng động năng các phân tử, đến nhiệt độ nào đó, động năng phân tử thắng lực tương tác của các phân tử trong pha lỏng, thì nó bay hơi. Mặt khác, áp suất thể hiện sự nén các phân tử lại với nhau. Ví dụ, áp suất cao nén khí oxy thành oxy lỏng chẳng hạn.

Bạn nhìn lên giản đồ pha của CO2 sẽ thấy điểm tới hạn có nhiệt độ cao và áp suất cao. CO2 chịu 2 khuynh hướng, nhiệt độ cao -> bay hơi; áp suất cao -> hóa lỏng. Thế nên ở khoảng nhiệt độ và áp suất nào đó, 2 pha khí và lỏng cùng tồn tại, đó là trạng thái siêu tới hạn.

6

Điểm tới hạn cũng như vùng siêu tới hạn, vùng dưới tới hạn, hay điểm ba chẳng hạn cũng chỉ là các khái niệm để chỉ trạng thái, các vùng biên giới giữa các trạng thái. Tại đó vật chất có các tính chất hóa lý riêng và đặc trưng. Còn làm thế nào để đưa vật chất tới trạng thái đó, tại mỗi trạng thái có đặc tính như thế nào thì bạn cần đọc thêm. Tham khảo tại quyển Gas Extraction, tác giả G.Brunner ở TV KHKT TW có đấy.

7

hix , em là elnio đây. Em bị mất pass ạh . Có thể cho em xin tài liệu trên net không ạh , vì em không qua bên q5 được mà em cũng không bếit sách bán chỗ nào ạ.

8

Bạn tham khảo tạm thời tài liệu này vậy :ngo 1 (

9

hôm qua lên mạng thấy có phương pháp dùng CO2 siêu lỏng? cao áp thay thế cho phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước để chưng cất các hợp chất khó bay hơi ,có thể cho mình biết thêm về phương pháp này đc kô? nghe nói ở Hàn Quốc có dùng cái nì đẻ giặt đồ thì phải ??? :nhacnhien :nhacnhien :nhacnhien :nhacnhien

10

Từ xưa con người đã có nhu cầu ly trích tinh dầu ra khỏi hợp chất thiên nhiên, ví dụ thông dụng nhất là lấy tinh dầu hoa hồng ra khỏi cánh hoa hồng và pha vào cồn để làm dầu thơm. Càng phát triển thì con người càng có nhiều cách khác nhau để lấy tinh dầu, và mục đích cũng khác nhau, từ làm dầu thơm đến dược phẩm, thực phẩm, phụ gia… Một số cách lấy tinh dầu là ép, ly trích bằng nước, bằng dung môi hưu cơ, lôi cuốn hơi nước, sử dụng lò vi sóng, siêu âm… và mới đây nhất theo mình biết là trích hợp chất Taxol điều trị ung thư vú và tử cung ở phụ nữ có trong vỏ cây thông đỏ Taxus brevifolia bằng CO2 siêu tới hạn cho hiệu suất cao hơn. Đây là phương pháp mới hiện nay trên thế giớ, và cũng cần nói thêm là không chỉ có CO2 siêu tới hạn mà bất kì chất nào cũng có thể đạt trạng thái siêu tới hạn, dựa vào giản đồ pha, nhưng chỉ có một số chất thông dụng vì điều kiện nhiệt độ và áp suất thấp, phù hợp, có khả năng thực hiện được, trong đó nước là một ví dụ. Mình nghĩ nếu lấy SCF (super critical fluid, chất lỏng siêu tới hạn) để giặt đồ thì chỉ là áp dụng công nghệ, giống như hiện nay dùng TiO2 trong máy lạnh để diệt khuẩn và làm trong lành không khí , nghĩa là SCF được dùng như một phần của thiết bị.

11

hôm trước nghe trên đài giới thiệu công nghệ chiết bằng CO2 siêu tới hạn trong một công trình nghiên cứu của viện Hóa Công nghiệp hay quá. Công nghệ này hiện chưa phổ biến ở Việt Nam một phần không biết có phải do thiết bị đắt tiền quá không? Ai biết về công nghệ này chia sẻ cho mọi người cùng biết nhé!

12

Siêu tới hạn ( SFE ) là phương pháp chiết sử dụng 1 dạng dung môi đặc biệt. Dung môi này ở trạng thái siêu tới hạn, được tạo ra ở một nhiệt độ và áp suất lớn hơn điểm tới hạn . Ở trạng thái siêu tới hạn, dung môi này:

  • Không còn ở thể lỏng ( do nhiệt độ cao )
  • Nhưng vẫn chưa thành thể khí ( do áp suất cao )
  • Có độ nhớt thấp hơn phase lỏng ( dể xâm nhập vào mẫu )
  • Có khả năng chuyển khối lớn hơn phase khí ( chiết xuất được cạn kiệt hoạt chất ) Là phương pháp được sử dụng phổ biến trong: thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm … Dung môi thông dụng nhất: Dioxytcarbon CO2 ( không phân cực ) điểm siêu tới hạn ở 310C/73 atm nên dể đạt , dể duy trì. Dể áp dụng ở quy mô công nghiệp, không cháy nổ, an toàn, thân thiện với môi trường.
13

Để hiểu hơn về chất lỏng siêu tới hạn (SCF, supercritical fluid), bạn có thể tham khảo trên wikipedia

Theo ý mình thì nếu dịch tiếng Việt chữ fluid là chất lỏng cũng không đúng lắm vì định nghĩa fluid và liquid trong tiếng Anh khác nhau . Fluid ám chỉ dạng lỏng và khí trong khi liquid chỉ là lỏng . Tham khảo thêm trên wikipedia

Bàn về vấn đề này cần nhiều kiến thức vật lý hơn là hóa học . Về mặt thực hành thì hiện nay tin tức đáng quan tâm của SCF là CO2 SCF dùng để chiết Taxol cho hiệu suất cao, Taxol là dược liệu quí có tỏng cây thông đỏ dùng chữa trị ung thư vú, tử cung và một số ung thư khác như não, thực quản … Thân !

14

Cho em hỏi ở nhiệt độ 45oC thì áp suất bắt đầu trạng thái siêu tới hạn của CO2 là bao nhiêu ạ? Nếu có bảng tra thì cho em xin được không ạ?

15

Với CO2 Tc = 304 (K) hay 6 (C) Pc = 74 (bar) Như vậy khi nhiệt độ bắt đầu từ 6 (C) trở đi, và áp suất lớn hơn 74 (bar) thì CO2 bắt đầu ở trạng thái siêu tới hạn, trên giản đồ pha (trang 1) bạn có thể kiểm chứng lại.

16

Với CO2 Tc = 31,1 (c) Pc = 73,8 (Bar) Trên giản đồ pha của CO2 thì khi đạt đến 31,1 (c), CO2 chuyển sang trang thái Supercritical fluid không còn ở trang thái liquid như Tigerchem đã nói ở trên. ở giản đồ pha này bạn sẽ bắt gặp một hình vuông vức tại Tc và Pc trở đi, vì vậy chỉ cần >= 31,1 và P >= 73,8thì CO2 đã ở trang thái siêu tới hạn.

17

các bạn cho mình hỏi hiện nay trên thị trường đã có sản phẩmbootj lòng đỏ trứng không cholesterol chưa nhỉ? liệu mình sử dụng lưu chất siêu tới hạn (SCO2) để tách cholesterol thì có hiệu quả không. nghĩa là có làm mất giá trị dinh dưỡng của lòng đỏ trứng không? Sẵn tiện mong các bạn giúp đỡ nhiệt tình. các bạn có tài liệu về SCO2, về các phương pháp tách cholesterol thì up lên cho mình tham khảo với nhé!!! nếu nhiệt tình các bạn có thể gởi qua mail của mình tmngo90@gmail.com :24h_048::24h_048: thanks các bạn nhiều