超临界二氧化碳离子液体两相体系

超临界二氧化碳/离子液体两相体系

许多有机溶剂易挥发到大气中，对环境和人类健康产生不利的影响，而离子液体在室温下没有蒸汽压且粘度低，物理性质可以调节，例如，含有BF4-的离子液体是亲水的，而含有PF6-的就不溶于水。因此离子液体逐渐替代有机溶剂作为反应介质。然而，由于水只适用于亲水性产品的提取，蒸馏法不适用于具有不挥发性或热不稳定性的产品，且液液萃取使用有机溶剂会导致交叉污染，使得离子液体中的产品难以回收。基于scCO2可溶于离子液体而离子液体不溶于scCO2的原理，由于多数有机化合物可以溶解于scCO2，scCO2在离子液体中具有高溶解度，产品可以从离子液体中转移到超临界相。(1)

Hajime Kawanami*利用scCO2/ILs合成碳酸丙二酯，并发现使用[C8-mim]+[BF4]-离子液体，在5min内产率能达到100%，选择性也为100%，反应速率是其他报道过的方法的77倍。DMF曾作为scCO2的可溶性碱性酸催化剂，但由于DMF较低的催化活性，所需反应时间超过12h。而在scCO2/ILs两相体系中，IL既能作为优异的碱性酸催化剂，又是合适的反应介质。非极性有机组分比如说环氧化合物和碳酸盐在高密度的scCO2中有更高的溶解性，而在非极性的IL中的溶解度很小，可以忽略。(2)

图1 碳酸丙二酯的合成反应

除了回收产物外，scCO2/ILs还用于对均相催化剂的回收。与之相比，前人提出的氟/有机相、水/有机相、scCO2/水相等两相体系具有催化剂在有机相中部分溶解，不环保，pH等问题。根据Richard等人的研究，Ru(O2CMe)2((R)-tolBINAP 在[bmim]PF6离子液体中催化巴豆酸的不对称氢反应，产物可以被scCO2从离子液体中提取出来，tolBINAP复合物在离子液体中的溶解度远远大于在scCO2中的溶解度，被留在反应器中进行重复使用（至少可以重复使用4次）。使用回收利用的催化剂所得到产物的对映体超量（ss）比使用新催化剂所得产物的还高，

催化剂使用五次后，对映体超量和转化仍很高。(3)

图2 巴豆酸的不对称加氢反应

水相中的UO22+能被CMPO-C2mimNTf2有效萃取，但由于CMPO在纯scCO2中的饱和溶解度只有0.089mol/L，因此，UO22+-CMPO复合物在scCO2中难溶，纯scCO2以及用乙醇或乙腈作为改性剂都无法从离子液体中将该复合物分离出来。TBP能从水相中或固体基质中将铀提取到scCO2中，但不能作为改性剂从CMPO-C2mimNTf2中萃取铀。Fu Jing等人发现三辛基氧化膦TOPO作为改性剂能够有效的将铀从CMPO-C2mimNTf2中分离出来。乙腈作为共溶剂可以提高CO2的极性和铀复合物在改性scCO2中的溶解度，在40℃、20MPa、0.5mL/min的改性剂和30min动力剥离下，铀的回收效率达到99%，5%的离子液体损失。共溶剂对离子液体在超临界二氧化碳中的溶解度的影响，取决于该共溶剂在scCO2中的极性和浓度，因此剥离条件适宜的话，可以降低离子液体的损失。利用ESI-MS检测，发现[CMPO-H]+，[CMPO-H-TOPO]+阳离子存在，说明部分TOPO 仍残留在回收利用的离子液体中。再次利用回收的离子液体进行试验，水相中铀含量小于1%。(4)

1. L. A. Blanchard, D. Hancu, E. J. Beckman, J. F. Brennecke, Green

processing using ionic liquids and CO2. Nature399, 28 (1999).

2. H. Kawanami, A. Sasaki, K. Matsui, Y. Ikushima, A rapid and

effective synthesis of propylene carbonate using a supercritical CO 2–ionic liquid system. Chemical Communications, 896 (2003).

3. R. A. Brown et al., Asymmetric hydrogenation and catalyst

recycling using ionic liquid and supercritical carbon dioxide. Journal of the American Chemical Society123, 1254 (2001).

4. J. Fu, Q. Chen, X. Shen, Stripping of uranium from an ionic liquid

medium by TOPO-modified supercritical carbon dioxide. Science China Chemistry58, 545 (2015).

超临界二氧化碳循环分析2

超临界二氧化碳循环特性 作为第四代核能系统的候选堆型，超高温气冷堆和气冷快堆具有高安全性、高效率、用途广等特点，且均拟采用氦气作为反应堆直接循环工质。由于氦气具有稳定、无毒、无感生放射性、热容大等特点，因此，目前世界上的气冷堆广泛使用氦气作为直接闭式Brayton循环的工质及反应堆的冷却剂。但氦气循环需较高的循环最高温度（堆芯出口温度）才能达到满意的效率，因此，对反应堆的结构材料、燃料元件材料等提出了较高的要求，同时由于氦气密度低、可压缩系数小等缺点，氦气循环叶轮机械的制造也产生了一定困难。 与氦气相比，CO2因其密度大，且易于压缩，CO2的临界温度为304.19K，比环境温度略高，临界压力为7.3773MPa，在运行工况下，可利用其实际气体的性质减少压缩功等，采用CO2作为工质的循环所需的温度不需太高即可与氦气循环具有相当的效率，因此，使用CO2作为气冷堆循环的工质具有广阔的潜力。同时，CO2循环也被推荐使用于第4代核能系统中的钠冷快堆（SFR）和铅冷快堆（LFR）。 1. 二氧化碳动力循环 （1）简单超临界Brayton循环 与理想气体的Brayton循环类似，CO2的简单超临界Brayton循环如图1-1所示,分为以下几个部分:1至2为CO2在压缩机中被压缩至循环最高压力的过程；2至3为CO2在回热器中的吸热过程；3至4为CO2在中间换热器从反应堆堆芯或热源的吸热过程；4至5为CO2在透平中的膨胀做功过程；5至6为CO2回热器中的回热过程；6至1为CO2的预冷过程。其中，2至3及5至6的回热器的回热过程是Brayton循环的关键。回热器的存在使得Brayton循环的热量得以最大限度地利用，从而提高了循环的效率。

超临界二氧化碳离子液体两相体系

超临界二氧化碳/离子液体两相体系 许多有机溶剂易挥发到大气中，对环境和人类健康产生不利的影响，而离子液体在室温下没有蒸汽压且粘度低，物理性质可以调节，例如，含有BF4-的离子液体是亲水的，而含有PF6-的就不溶于水。因此离子液体逐渐替代有机溶剂作为反应介质。然而，由于水只适用于亲水性产品的提取，蒸馏法不适用于具有不挥发性或热不稳定性的产品，且液液萃取使用有机溶剂会导致交叉污染，使得离子液体中的产品难以回收。基于scCO2可溶于离子液体而离子液体不溶于scCO2的原理，由于多数有机化合物可以溶解于scCO2，scCO2在离子液体中具有高溶解度，产品可以从离子液体中转移到超临界相。(1) Hajime Kawanami*利用scCO2/ILs合成碳酸丙二酯，并发现使用[C8-mim]+[BF4]-离子液体，在5min内产率能达到100%，选择性也为100%，反应速率是其他报道过的方法的77倍。DMF曾作为scCO2的可溶性碱性酸催化剂，但由于DMF较低的催化活性，所需反应时间超过12h。而在scCO2/ILs两相体系中，IL既能作为优异的碱性酸催化剂，又是合适的反应介质。非极性有机组分比如说环氧化合物和碳酸盐在高密度的scCO2中有更高的溶解性，而在非极性的IL中的溶解度很小，可以忽略。(2) 图1 碳酸丙二酯的合成反应 除了回收产物外，scCO2/ILs还用于对均相催化剂的回收。与之相比，前人提出的氟/有机相、水/有机相、scCO2/水相等两相体系具有催化剂在有机相中部分溶解，不环保，pH等问题。根据Richard等人的研究，Ru(O2CMe)2((R)-tolBINAP 在[bmim]PF6离子液体中催化巴豆酸的不对称氢反应，产物可以被scCO2从离子液体中提取出来，tolBINAP复合物在离子液体中的溶解度远远大于在scCO2中的溶解度，被留在反应器中进行重复使用（至少可以重复使用4次）。使用回收利用的催化剂所得到产物的对映体超量（ss）比使用新催化剂所得产物的还高，

超临界co2流体的应用

超临界CO2流体的应用 随着环境的温度和压力变化，任何一种物质都存在三种相态-气相，液相，固相，三相成平衡态共存的点叫三相点.液，气两相成平衡状态的点叫临界点.在临界点时的温度和压力称为临界温度和临界压力，不同的物质其临界点的压力和温度各不相同.超临界流体(Super Critical fluid，简称SCF)是指温度和压力均高于其临界点的流体，常用来制备成的超临界流体有二氧化碳，氨，乙烯，丙烷，丙烯，水等.物体处于超临界状态时，由于气液两相性质非常相近，以致无法清楚分别，所以称之为「超临界流体」。 超临界流体具有类似气体的扩散性及液体的溶解能力，同时兼具低黏度，低表面张力的特性，如表1所示，使得超临界流体能够迅速渗透进入微孔隙的物质.因此用于萃取时萃取速率比液体快速而有效，尤其是溶解能力可随温度，压力和极性而变化. 超临界流体萃取分离过程是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的.当物质处于超临界状态时，成为性质介于液体和气体之间的单一相态，具有和液体相近的密度，黏度虽高于气体但明显低于液体，扩散系数为液体的10～100倍，因此对物料有较好的渗透性和较强的溶解能力，能够将物料中某些成分提取出来. 在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地依次把极性大小，沸点高低和分子量大小的成分萃取出来.同时超临界流体的密度，极性和介电常数随着密闭体系压力的增加而增加，利用预定程序的升

压可将不同极性的成分进行分步提取.当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以通过控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压，升降温的方法使超临界流体变成普通气体或液体，被萃取物质则自动完全析出，从而达到分离提纯的目的，并将萃取与分离两过程合为一体，这就是超临界流体萃取分离的基本原理. 关于CO2超临界体 二氧化碳在温度高于临界温度Tc=31.26℃，压力高于临界压力Pc=72.9atm的状态下，性质会发生变化，其密度近于液体，粘度近于气体，扩散系数为液体的100倍，因而具有惊人的溶解能力.用它可溶解多种物质，然后提取其中的有效成分，具有广泛的应用前景.超临界二氧化碳是目前研究最广泛的流体之一，因为它具有以下几个特点： (1)CO2临界温度为31.26℃，临界压力为72.9atm，临界条件容易达到. (2)CO2化学性质不活泼，无色无味无毒，安全性好. (3)价格便宜，纯度高，容易获得. 所谓的二氧化碳超临界萃取是将已经压温加压成超临界状态的二氧化碳作为溶剂，以其极高的溶解力萃取平时不易萃取的物质，以下有几项关于萃取的说明： (1)溶解作用 在超临界状态下，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，一般来说有以下规律：亲脂性，低沸点成分可在104KPa(约1大气压)以下萃取，如挥发油，烃，酯，醚，环氧化合物，以及天然植物和果实中的香气成分，如桉树脑，麝香草酚，酒花中的低沸点

超临界二氧化碳的研究进展

超临界二氧化碳的研究进展 李会峰陈秀芝 (北京理工大学理学院化学系 100081) E-mail. lhf9898@https://www.wendangku.net/doc/454055627.html, 摘要 超临界CO2 具有气体的低粘度、高扩散系数和液体的高密度,且化学惰性,无毒无腐蚀,临界状态容易实现,是一种性能优良的环境友好溶剂。本文在超临界CO2 的萃取、超临界流体沉淀技术、以及化学反应等方面就目前的现状做了简介,指出了目前超临界CO2 的研究进展以及今后的研究方向。 关键词超临界二氧化碳萃取沉淀化学反应 1. 前言 自1822年Cagniard首次报道了物质的临界现象以来，超临界流体的研究被广泛关注。1869年Andrew测定了二氧化碳的临界参数。超临界二氧化碳是指温度和压力均高于其临界值（T=31.1℃ P=7.38MPa）的二氧化碳流体。在超临界状态下，二氧化碳具有类似液体的高密度和接近气体的低粘度，并且对人体和动植物无害、不燃、没有腐蚀性、对环境友好、原料易得、价格便宜和处理方便等优点，是目前使用最多的一种超临界流体。 超临界二氧化碳主要应用于热敏性物质和高沸点组分的萃取分离，超细特殊材料的制备，特殊化学反应的溶媒等方面。 2．超临界流体萃取（Supercritical Fluid Extraction,SFE） 与传统的分离方法相比，超临界二氧化碳萃取具有许多独特的优点：（1）超临界流体的萃取能力随其密度增大而提高，因而很容易通过调节温度和压力加以控制；（2）溶剂回收简单方便，不易产生溶剂残留或污染；（3）由于超临界二氧化碳化学性质稳定，无毒和无腐蚀，临界温度接近常温，所以特别适合食品及医药中的生理活性成分和热敏组分的分离[1]。因此，超临界二氧化碳萃取在医药、食品、化妆品、香料、化学工业及环保等领域得到了广泛的应用研究。超临界二氧化碳萃取主要应用于去处有害物质、分离有毒污染、提取有效成分以及回收有用物质[2]。 食品工业上，超临界二氧化碳萃取主要用于从天然中提取各种脂溶有效成分，其提取率优于有机溶剂萃取，且无溶剂残留，为纯天然产品。现已成功提取的物质有啤酒花浸膏、咖啡因、亚麻酸、农副产品植物油脂（如小麦胚芽油、米糠油、玉 - 1 -

超临界二氧化碳换热器应用

超临界二氧化碳换热器应用 当温度和压力达到临界点时，二氧化碳就进入了临界状态，超临界状态下的二氧化碳出现为一种即非气体又非液体的状态。超临界二氧化碳具有特殊性质：粘度低、密度高，对高聚物具有很强的溶胀和扩散能力，安全非易燃易爆，无毒无腐蚀性。超临界二氧化碳的特殊性质直接促成它在各个领域中广泛使用，其在能源领域获得很好的应用效果。 作为环境友好型工质，CO2有着诱人的物理和输运特性，将超临界CO2用于布雷顿循环发电系统，通过消耗较低的压缩功，能够实现较高的系统热效率，在新一代核能、太阳能、地热、工业余热回收等领域具有极为广阔的应用前景。超临界二氧化碳循环模式包括取热器、高温回热器、低温回热器、冷却器等换热器。换热器作为超临界二氧化碳发电系统中的关键设备，是数量最多、体积最大、成本最高的设备，其综合性能对系统效率提升与安全稳定运行至关重要。 2018年中国科学院工程热物理研究所承担的我国首座“双回路全温全压超临界二氧化碳换热器综合试验测试平台”在廊坊中试基地建成。其高效紧凑印刷电路板式换热器可在极端环境下运行（温度高于900℃，压力高于60MPa），且比表面积大于2500m2/m3。相同热负荷条件下，PCHE体积大约为壳管式换热器的1/5。而且，换热器热侧出口温度和冷侧入口温度的差值能够接近1K，而壳管式换热器一般在12K以上。

图1超临界二氧化碳换热器综合试验测试平台 在相同的输出功率的情况下，超临界二氧化碳涡轮尺寸大约是蒸汽涡轮的1/10，从而导致整个系统结构紧凑、投资成本低。但由于整个系统运行压力高，且占地面积小，因而传统换热器，如壳管式换热器，板翅式换热器等，均不再适用。 2020年中国船舶集团有限公司七二五所联合中核集团原子能院、合肥通用机械研究院有限公司研制的我国首台液态金属钠-超临界二氧化碳印刷板式换热器(PCHE)顺利通过专家组验收，产品技术达到国际先进水平。PCHE作为一种颠覆性的紧凑高效微通道换热器，具有换热效率高、耐低温高温、耐高压、可靠性高等优势。 近年来杭州沈氏节能科技股份有限公司研发出高效紧凑式微通道换热器，具有高完整性扩散结合结构的高效换热器。扩散结合成就了换热器耐高低温和出色的机械性能，使其成为唯一可用于超临界二氧化碳（SCO?）循环中的最佳换热器。 图2高效紧凑式微通道换热器 特点：超耐高温高压，适用于高温高压等苛刻条件；换热面积大，可达1000m2/m3;采用扩散焊接技术，焊接强度大，机械性能出色；且耐腐蚀，可靠性高，体积小。适用于高温高压下的发电循环；印刷电路板式换热器作为一种新型微通道紧凑式换热器,适用于高温高压等苛刻条件,在新一代核能发电、太阳能光热发电、氢能等领域应用潜力巨大。

超临界流体

超临界流体 超临界二氧化碳纯净的物质随着温度和压力的变化，会呈现出气体、液体或固体不同的物理状态；当到达某个特定的温度和压力时，物质的气、液界面会消失，此时的温度称为临界温度T，而压力称为临界压力P超临界流体（SCF）就是温度和压力处于临界点以上的流体 超临界流体是一种兼具气体和液体物理性质的独特流体。它本质上仍是一种气态，但又不同于常规意义上的气体，而是一种稠密的气态。超临界流体的密度与液体相似，粘度和扩散能力与气体相似，表面张力近似于零，有利于流体的传质和传热。此外，超临界流体的介电常数对压力非常敏感，可以通过改变压力来调控超临界流体溶解不同极性的物质。超临界流体还具有较强的可压缩性，略微地调节温度和压力就能改变超临界流体的物理性质 超临界二氧化碳（scCO2）是应用最为广泛的一种。因为scCO2 除了拥有超临界流体本身所具有的渗透性能好、传质系数高等特点之外，还拥有以下优点： （1）CO2达到超临界状态的条件很温和，只需温度超过31.1 °C、压力超过7.38MPa，CO2就会转变为scCO2； （2）CO2来源广泛，价格低廉，并且无色、无毒、无臭、无害，具有优异的化学稳定性，不会发生燃烧和爆炸； （3）scCO2在聚合物熔体中具有较高的扩散性和溶解度，对聚合物熔体有较强的增塑作用，从而能显著降低熔体黏度，提高熔体的流动性； （4）scCO2能轻易从产物中脱除，完全省去了使用传统溶剂带来的复杂的后处理工序，并且还能实现对CO2的回收利用； （5）CO2分子成对称结构，极性较弱，它能溶解非极性或极性较弱的物质，可以作为反应介质或萃取剂；若要溶解无机盐类或极性较强的物质，需要在scCO2中加入一些极性共溶剂（如乙醇）来改善它的极性。 1.3 scCO2在聚合物发泡中的应用 聚合物发泡材料是指以聚合物（塑料、橡胶、弹性体或天然高分子材料）为基体而内部含有

超临界二氧化碳

一、国外研究现状 1、美国桑迪亚国家实验室率先开展了超临界二氧化碳闭式循环的研究，通过实验对超临界二氧化碳闭式循环存在的包括压缩、轴承、密封、摩擦等问题进行了大量研究，循环实验装置获得了接近50%的发电效率。2011年3月4日桑迪亚实验室在其网站上正式宣布已经掌握了超临界二氧化碳闭式循环的关键技术。 该试验台在早期超临界二氧化碳压缩特性实验装置的基础上添加涡轮、浸入式电加热器和回热器等装置而成，其中电加热器的功率为260kW，压气机压比为1.8。 来自中国科学院国家科学图书馆《科学研究动态监测快报》“先进能源科技专辑” 2、麻省理工（MIT）提出了3 种热力循环参数方案： ①基本设计方案：最高压力20 MPa、堆芯出口温度550℃、净效率达43%； ②先进设计方案：最高压力20 MPa、堆芯出口温度650℃、净效率达47%； ③高性能设计方案：最高压力20 MPa、堆芯出口温度700℃、净效率可达49%。 S-CO2冷却快堆（GFR）的总体方案。 反应堆热功率为2400 MW，电功率约1200 MW，采用2 环路或4环路设置，设计寿命60 a；系统热效率51%，净效率47%；堆芯进、出口温度分别为485.5、650℃，运行压力20 MPa。 3、东京工业大学（TIT）——气冷堆：反应堆热功率为600MW，堆芯出口温度为650℃，反应堆出口运行压力约为7 MPa，系统效率为45.8%。 以S-CO2作为二回路能量转换工质的核反应堆一般采用液态金属或气体冷却，以达到较高的堆芯出口温度。美国对这方面的研究主要是利用S-CO2动力系统高效率、设备简化紧凑等特点开发多功能模块化中小型核反应堆。

超临界二氧化碳

超临界二氧化碳在染整加工中的应用 摘要：针对传统水染工艺不能从根本上解决印染行业水环境污染严重及资源消耗、浪费大的问题，介绍了一种全新的清洁生产技术——超临界二氧化碳染色过程。文章综述了超临界二氧化碳应用于染整加工领域的研究进展，包括超临界二氧化碳的性质，其在前处理的应用、以超临界二氧化碳为介质染合技术的一般流程，染合成纤维及天然纤维相关内容等，并讨论了其利弊。 关键词：超临界流体：二氧化碳；染整； 前沿： 进入二十一世纪环境保护越来越受到人们的重视．可持续发展问题成为当今世界经济发展的主题，任何工业的发展都必须符合这一主题的要求。同时全球水资源环境问题日益尖锐，我国是严重缺水的国家，水污染使资源短缺问题变得更为突出，工业污染是造成水环境污染的主要污染源之一。而在纺织品染整加工过程中，大量使用了污染环境和对人体有害的染整剂，这些助剂生物降解性差，毒性大，游离甲醛含量高，重金属离子的含量超标。这些助剂大多以气体、液体、固体的形态排放而污染环境，严重危害人类的健康，因而，绿色染整加工技术成了近年来科研工作者追求的目标[16]。 近二十年来，超临界二氧化碳技术倍受青睐，它是采用二氧化碳来代替以水为介质的染整加工技术，工艺中无需清洗，无需烘干，二氧化碳可循环再利用。该技术可避免大量废水对环保带来严重污染问题。保护了水资源，省去还原清洗和烘干工序，降低了能源消耗，染色过程无有害气体排放，残余染料可循环使用，提高了染料利用率。它不仅无毒、无污染，不易燃烧，而且价格便宜，要求的操作温度和压力都较低，具有许多奇特的性能，以前较多地应用于食品及医药工业上。近几年来，超临界二氧化碳技术在高分子材料合成和加工以及纺织工业上的应用成为科技界关注的热点。下面介绍超临界二氧化碳的性质以及超临界二氧化碳技术在染整加工领域的一些应用。 1超临界二氧化碳的性质 常压下，物质在液相和气相间成平衡时，两相的物理性质如粘度、密度、导电度和介电常数等存在显著差别。当压力提高时，这种差别逐渐缩小，当达到某一温度和压力时，两相密度相等，气相和液相之间无明显的界限，而且仅有一相，称为临界状态。此时的温度和压力均称为临界温度和临界压力。超临界流体(SCF)是指在临界温度和临界压力以上的流体。处于超临界状态时，气液两相性质非常接近，以至于无法分辨。超临界流体本身具有如下特性[17]：①其扩散系数比气体

超临界二氧化碳循环分析

超临界二氧化碳动力循环与氦动力循环的比较 目前，世界上正在建设和研究的高温气冷堆都是使用He作为工质，这是因为He具有很好的稳定性、化学相容性及热传导性。但是，He作为工质存在一些不足，例如动力循环需要较高的温度、难于压缩等，给反应堆和换热部件的结构材料、叶轮机械的设计带来很多困难。出于降低反应堆结构材料要求、减少技术难度、提高反应堆的安全性与经济性等各方面的考虑，有学者进行了选取CO2作为循环工质的研究。CO2虽然在稳定性、热传导性方面比He稍差，但CO2具有合适的临界参数，不需要很高的循环温度就可以达到满意的效率，且具有压缩性好、储量丰富等优点。采用CO2作为循环工质可以降低循环温度和压缩功，从而提高反应堆的安全性，同时降低反应堆造价。超临界CO2的闭式布雷顿循环被推荐在铅冷快堆及钠冷快堆中使用。 1. 二氧化碳布雷顿循环分析 （1）二氧化碳布雷顿循环 CO2与He在动力循环中最大的不同点就是气体性质随压力、温度的变化差别很大（表1-1）。高压（7.5 MPa）环境中，CO2的导热系数λ、定压比热容c p 和压缩因子z均与低压（0.1 MPa）下的参数有很大差异；在循环工况下，He循环可以视为理想气体循环，除密度外，其余参数变化不大。动力循环的工况，CO2的工作参数在其临界点（7.377 MPa，31℃）附近；因此，CO2动力循环除与He 循环有相同的决定因素外，还取决于动力循环的不同实际工况，即超临界压力、跨临界压力及亚临界压力3种循环工况（图1-1）。超临界循环：循环压力及温度均在临界参数以上；跨临界循环：循环高压侧压力高于临界压力，低压侧压力低于临界压力；亚临界压力循环：循环压力均低于临界压力，工作于气相区。 表1-1 CO2和He热物性比较（35℃） 工质P/MPa ρ/kg·m-3 λ/W·(m·K)-1 C P/kJ·(kg·K)-1z CO2 7.5 277.6 0.03532 5.9306 0.463 0.1 1.95 0.01497 0.828 0.879

8-离子液体催化二氧化碳合成环状碳酸酯的研究进展1

论　文　综　述 Overview of The sise s 离子液体催化二氧化碳合成环状 碳酸酯的研究进展 祁兴国　刘　畅　马守波3 (中国石油大连石化公司,辽宁大连116032;3.北京服装学院,北京100029) 摘要　概述了以离子液体作为催化剂或作为反应介质,用C O 2合成环状碳酸酯的研究进展。离子液体是固定C O 2产生环状碳酸酯的适宜催化剂和溶剂,离子液体的话性可以通过添加本身并无活性或低活性的Lewis 酸性金属卤化物或金属配合物得到改善。使用离子液体使得合成过程变得更加绿色和简单,因为产品易分离,催化剂可以循环利用,而且不必使用挥发性有害的有机溶剂。关键词　二氧化碳　碳酸酯　离子液体 　 收稿日期:2005-11-21 作者简介:祁兴国(1979～),男,硕士,从事催化与化学反应方面的工作 　 Development of Cyclic C arbonate Synthesis from CO 2U sing Ionic Liquids Qi X ingguo Liu Chang Ma Shoubo 3 (PetroChina Dalm PetroChemicak C om oany ,Liao nang Dilian 116032; 3.Beijing Institute of Clothing T echnology ,Beijing 100029) Abstract The recent development in the synthesis of cyclic carbonate from C O 2using ionic liquids as catalyst and/or reaction medium was reviewed.S ome ionic liquids were suitable catalysts and/or s olvents to the C O 2fixation to produce cyclic carbonate.The activity of ionic liquid was greatly enhanced by the addition of Lewis acidic com pounds of metal halides or metal com plexes that had no or low activity by https://www.wendangku.net/doc/454055627.html,ing the ionic liquids ,the synthesis process became greener and sim pler because of easy product separation and catalyst recycling and unnecessary use of v olatile and harm ful or 2ganic s olvents. K eyw ords C O 2　cyclic carbonate lonic liquid 在固定C O 2的反应是利用C O 2和环氧化合物通过环加成反应合成环状碳酸酯的反应。如果在反应和处理过程当中不使用任何有机溶剂,该反应将是一个标准的“原子经济”和“绿色化学”反应,它没有任何副产物产生,生成的环状碳酸酯不仅是一种性能优良的有机溶剂,而且在药物和精细化学品的合成当中有 着广泛的应用[1]。 离子液体具有独特的优点,既可以作为催化剂,又可以作为溶剂。离子液体的蒸气压几乎可以忽略,在较大的室温范围内呈液态,具有极好的化学稳定性和热稳定性,还可以溶解许多有机和无机化学物质[2]。以上特性使得离子液体用作催化剂和溶剂合 — 46—第20卷第5期2006年5月 化工时刊Chemical Industry T imes Vol.20,No.5 May.5.2006

浅谈物理化学中的超临界二氧化碳流体及其应用

浅谈物理化学中的超临界二氧化碳流体及其应用 李茹莉21096566 【关键词】物理化学；二氧化碳；超临界；流体；应用 【摘要】 本文由温室气体二氧化碳入手，基于《物理化学核心教程》——相平衡一章中，单组分系统的相图内容里关于二氧化碳相图的这一知识点，分别从基本原理、 优越性、前景展望三方面简单阐述了：超临界CO 流体（Supercritical Fluid, 2 流体萃取技术（Supercritcal Fluid 简称SF或SCF），及其重要应用超临界CO 2 Extraction,简称SFE）。 【abstract】 This report begin with greenhouse gas carbon dioxide , and is based on the "Core Course of Physical Chemistry" - a chapter in equilibrium , single-component phase diagram . On the knowledge point of the phase diagram of carbon dioxide , I discusses respectively the supercritical fluid of carbon dioxide (Supercritical Fluid, referred to as SF or SCF), and its important applications of supercritical fluid extraction of carbon dioxide (Supercritcal Fluid Extraction, referred to as SFE) , from the three aspects of basic principles, advantages, prospects Briefly . 【正文】 二氧化碳作为日常生活中常见的一种气体，目前较多被人们提及的是它造成 的各种危害，例如“温室效应”，社会各界都在倡导“低碳环保”，可是人们也 该认识到它的工业价值，充分利用二氧化碳。以往利用二氧化碳主要是生产干冰 作为灭火剂或作为食品添加剂等，现如今较为人们津津乐道的则是超临界CO 流 2 体（Supercritical Fluid,简称SF或SCF）及将其应用于萃取技术后的超临界流体萃取技术（Supercritical Fluid Extraction,简称SFE），在物理化学 CO 2 课程的相平衡一章中单组分系统的相图这一内容，有关于二氧化碳相图的详细讲 流体（Supercritical Fluid,简称SF或SCF）及解，这一理论知识对超临界CO 2 流体萃取技术（Supercritical Fluid Extraction,简称SFE）具有理 超临界CO 2 论支撑和指导意义，将这项技术运用于工业可以生产高附加值的产品，提取过去

超临界CO2流体技术与纳米颗粒制备

超临界CO2流体技术与纳米颗粒制备 引言 纳米技术是21世纪最为活跃的研究领域之一。目前，对纳米的研究主要停留在对纳米材料制造方法的探索和纳米材料物性的表征水平上，其中超临界流体技术成功地被应用于纳米颗粒的制备尤为引人关注。 超临界流体技术在纳米材料制备的过程中主要采用了对环境无污染的CO2和H2O，以取代传统的制备方法中所用的大量的有机溶媒，这对于人们普遍所关心的日益严重的环境污染问题来说具有重要的意义。目前，有关超临界CO2的应用的报导比较多，这很大程度上是因为CO2的超临界操作条件比较容易实现(如下图所示): 物质名临界温度(K) 临界压力(BAR) CO2304.2 72.8 H2O 647.3 217.6 此外，因为超临界状态的H2O可以高速地分解有机物质，故其更多地被用于无机材料制备领域：比如说，用于制备金属氧化物的微粒和纳米多孔性物质。因此，相对於超临界的H2O 来说，超临界CO2更适合于有机纳米颗粒的制备过程。目前，该技术已被用于有机或高分子材料的制备，并取得了令人振奋的成果。 超临界流体 超临界流体(Supercritical Fluid ，SCF)是指物质处在临界温度和临界压力之上的状态， 介于气态和液态之间，兼有气体和液 体的某些物理性状：它即不是液体， 也不是气体，但它具有液体的高密度， 气体的低粘度，以及介入气液态之间 的扩散系数的特征。 一方面超临界流体的密度通常比 气体密度高两个数量级，因此具有较 高的溶解能力；另一方面，它表面张 力几近为零，因此具有较高的扩散性 能，可以和样品充分的混合、接触， 最大限度的发挥其溶解能力，又称为 超临界流体或高密度气体 (densegases)。 利用它的这种性质，在萃取分离过程中，溶解样品在气相和液相之间经过连续的多次的分配交换，从而达到分离的目的。 气体超临界流体液体 密度[Kg/m3] 0.6-1 200-900 1000 粘度[Ps.s] 10-510-5 -10-410-3 扩散系数[m2/s] 10-510-7 -10-8<10-9 热传导[W/mK] 10-310-3-10-110-1 目前，超临界流体作为一种技术已被广泛地用于对复杂物质比如天然产物的分离提取、食品加工、环境监测、工业分析、印染工业等各个领域。

超临界CO2溶剂

超临界CO2溶剂 二氧化碳的分子结构 一.正文 一，超临界流体(Super Critical fluid) 1.概述 随着环境的温度和压力变化，任何一种物质都存在三种相态-气相，液相，固相，三相成平衡态共存的点叫三相点.液，气两相成平衡状态的点叫临界点.在临界点时的温度和压力称为临界温度和临界压力，如图1所示，不同的物质其临界点的压力和温度各不相同.超临界流体(Super Critical fluid，简称SCF)是指温度和压力均高于其临界点的流体，常用来制备成的超临界流体有二氧化碳，氨，乙烯，丙烷，丙烯，水等.物体处于超临界状态时，由于气液两相性质非常相近，以致无法清楚分别，所以称之为「超临界流体」 2.超临界流体的发展史 超临界流体具有溶解其他物质的特殊能力，1822年法国医生Cagniard首次发表物质的临界现象，并在1879即被Hannay和Hogarth二位学者研究发现无机盐类能迅速在超临界乙醇中溶解，减压后又能立刻结晶析出.但由于技术，装备等原因，时至 图1.物体之三相图以及临界点图自工研院环安中心 PDF created with pdfFactory Pro trial version 绿色溶剂-超临界二氧化碳 3 20世纪30年代，Pilat和Gadlewicz两位科学家才有了用液化气体提取「大分子化合物」的构想.1950年代，美，苏等国即进行以超临界丙烷去除重油中的柏油精及金属，如镍，钒等，降低后段炼解过程中触媒中毒的失活程度，但因涉及成本考量，并未全面实用化.1954年Zosol用实验的方法证实了二氧化碳超临界萃取可以萃取油料中的油脂.此后，利用超临界流体进行分离的方法沉寂了一段时间，70年代的后期，德国的Stahl等人首先在高压实验装置的研究取得了突破性进展之后，「超临界二氧化碳萃取」这一新的提取，分离技术的研究及应用，才有实质性进展；1973及1978年第一次和第二次能源危机后，超临界二氧化碳的特殊溶解能力，才又重新受到工业界的重视.1978年后，欧洲陆续建立以超临界二氧化碳作为萃取剂的萃取提纯技术，

超临界CO2临界流数值模拟

Nuclear Science and Technology 核科学与技术, 2017, 5(3), 177-184 Published Online July 2017 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/454055627.html,/journal/nst https://https://www.wendangku.net/doc/454055627.html,/10.12677/nst.2017.53023 文章引用: 周源, 夏兆阳, 汪杨乐, 王俊峰. 超临界CO 2临界流数值模拟[J]. 核科学与技术, 2017, 5(3): 177-184. Numerical Simulation of Supercritical CO 2 Critical Flow Yuan Zhou 1, Zhaoyang Xia 1, Yangle Wang 1, Junfeng Wang 2 1Nuclear Engineering and Nuclear Technology, Sichuan University, Wangjiang Campus, Wangjiang Sichuan 2 Nuclear power institute of China, Chengdu Sichuan Received: Jul. 12th , 2017; accepted: Jul. 23rd , 2017; published: Jul. 26th , 2017 Abstract The power conversion system using supercritical carbon dioxide is the frontier of the current in-ternational energy and power field. It is very important to analyze the critical flow of supercritical carbon dioxide. Based on FLUENT15.0, the critical flow of CO 2 under different aspect ratios and Stagnation parameters is numerically simulated. The numerical simulation results are compared with the experimental results of Wisconsin University, and the error range is between 15% and 25%, which validates the applicability of software simulation. The critical flow mechanism is dis-cussed when the thermal parameters and phase changes of the pipeline are obtained when the critical flow occurs. The numerical simulation results provide support and reference for further experimental research and theoretical research. Keywords Supercritical CO 2, Critical Flow, FLUENT, Mass Flow Rate, L/D Ratio 超临界CO 2临界流数值模拟 周 源1，夏兆阳1，汪杨乐1，王俊峰2 1四川大学望江校区，四川大学核工程与核技术，四川 望江 2 中国核动力研究设计院，四川 成都 收稿日期：2017年7月12日；录用日期：2017年7月23日；发布日期：2017年7月26日 摘 要 采用超临界二氧化碳工质的动力转换系统是当前国际能源动力领域研究的前沿热点，分析超临界二氧化

超临界二氧化碳循环分析

超临界二氧化碳动力循环 1.超临界二氧化碳布雷顿循环燃气轮机 （1）美国桑迪亚国家实验室研发超临界二氧化碳布雷顿循环燃气轮机 美国桑迪亚国家实验室研究人员研发出一种新的超临界二氧化碳布雷顿循环燃气轮机，目前正在进行发电系统的示范阶段。这种新轮机可将热电转换效率提高多达50%，为核电站配备的蒸汽轮机可改善50%，或者一个单独的燃气轮机效率可提高40%。该系统十分紧凑，意味着资金成本会相对较低。 研究主要集中在超临界二氧化碳（S-CO2）布雷顿循环轮机，这种轮机通常是用于大型热力和核能发电方面，包括下一代动力反应堆。目标是最终取代蒸汽驱动的兰金循环轮机（效率较低，高温条件存在腐蚀性，同时由于需要非常大的轮机和冷凝器来处理多余的蒸汽，占用空间是30倍）。布雷顿循环每个组合可以产出20 MW的电力，占用空间只有四个立方米。 桑迪亚国家实验室目前有两个超临界二氧化碳测试循环。第一个发电循环位于科罗拉多州Arvada，从2010年3月开始运行，发展阶段的发电量大约为240 kW，现在正在进行升级。第二个循环位于Albuquerque桑迪亚国家实验室，用于研究临界点附近存在的包括压缩、轴承、密封、摩擦等问题。 桑迪亚国家实验室近期计划继续开发和运行小的测试循环以确定关键功能和技术。测试结果将说明概念容量（尤其是它的紧凑性）、效率和更大系统的可扩展性。未来计划是进行技术的商业化，先在10 MW的工业示范电厂开展。 桑迪亚还有一种采用氦作为工作流体的布雷顿循环，设计运行温度约为925℃，预计发电效率达43%-46%。相比之下，超临界二氧化碳布雷顿循环作为

氦布雷顿系统提供了同样的效率，但温度相对较低（250-300℃）。S-CO2设备比氦气循环紧凑（它又比传统蒸汽循环紧凑小巧）。 （2）东芝开发超临界二氧化碳循环火力发电系统 东芝公司日前针对正在开发的超临界二氧化碳循环火力发电系统，在达到目标压力的状态下，成功完成了燃气轮机燃烧器的燃烧试验。由此，向实现发电效率高、可回收二氧化碳、环境负荷低的系统迈进了一大步。这种系统具备与组合利用燃气和蒸汽的燃气联合循环发电同等水平的效率，同时无需另外设置分离及捕集设备就可回收高压二氧化碳。 图1-1 超临界二氧化碳循环火力发电系统示意图 超临界指的是气体和液体的界限消失、性质介于气体和液体之间的状态。二氧化碳在温度和压力超过31℃、74个大气压时会达到超临界状态。燃烧试验利

超临界二氧化碳在工业上的应用

超临界二氧化碳在工业上的应用 摘要：超临界二氧化碳具有其他超临界流体不可比拟的优势，因此，引起了研究者广泛的兴趣。本文简单的介绍了超临界二氧化碳的优点，如具有两极性、良好的流动性和扩散性等。综述了超临界二氧化碳在降低高分子聚合物粘度中的应用以及在制备微孔塑料中应用、原理和研究进展，超临界二氧化碳作为绿色的介质，将会有更广阔的应用价值。 关键词：超临界二氧化碳增塑性发泡剂粘度 在最近几年来，超临界流体因对高分子聚合物的优异增塑作用、优良的传递性能和参数可调节性，使超临界流体得到了突飞猛进的发展，并具有更高的应用价值。在众多超临界流体中，超临界二氧化碳具有其他超临界流体不可比拟的优势，因为我们就与二氧化碳接触，其无毒、无味、非可燃性物质，并且二氧化碳的超临界条件比较低，工业上易于达到，并且超临界二氧化碳具有良好的流动性和扩散性。当超临界二氧化碳参与反应时，体现了优异的溶解速率和传质速率。超临界二氧化碳即可以与极性物质相容也可与非极性物质相容，由于超临界二氧化碳具有优良的特征，因此引起了的许多化学科研工作者地兴趣，到目前为止，超临界二氧化碳主要以优良的增塑性和发泡性应用于挤出成型中。 一、超临界二氧化碳在改变高分子聚合物粘度中的应用 众所周知，高分子聚合物的粘度的高时，加工高分子聚合物成型是不利的，因此，需要改变高分子聚合物的粘度，首先我们先到的是增加温度来降低高分子聚合物的粘度，但这是往往也会增加成本，增大能耗，如果向高分子聚合物中加入低粘度塑化剂来降低其粘度，但很难分离出低粘度塑化剂，这将成品的性能和质量，使成品存在许多缺陷[1]。但超临界二氧化碳能够降低高分子聚合物的粘度，这是因为二氧化碳的超临界条件比较低，很容易达到，在二氧化碳变为超临界流体，使高分子聚合物的粘度降低，同时在低温度下达到熔融状态，并具有等量的流体性质，从而提高熔体流动特性，使挤出速度增加[2]。在二氧化碳气体变为超临界流体时，在这个过程中，二氧化碳是吸收热量，使环境温度降低，熔体温度降低，挤出速度和热能吸收率都将增大，从而使挤出物的物理性能提高，并且还能降低能量损失。二氧化碳通过增大压力的方法可从成品中逸出，保证了产品的优良性能和质量。 超临界二氧化碳对高分子聚合物粘度的降低主要是两个机理：第一个机理是，高分子聚合物吸收二氧化碳，使链缠结降低，从而自由体积增加；第二个机理是，二氧化碳担任“分子润滑剂”角色，将这两个机理有机的结合在一起，便使高分子聚合物的粘度降低[1]。据数据表统计，超临界二氧化碳与超粘的高分子聚合物相溶成单一相时，对高分子聚合物粘度的降低可达到60%[3]。 Elkovitch M.D.[1]、Hung Y.L.[4]、Siobhan O.M.[5]、Will Strauss[6]、Jian X.Z.[7]等人都对超临界二氧化碳都有深入的研究，研究结果表明，高分子聚合物与超临界二氧化碳之间同时存在物理作用和化学作用；在较高的剪切速率条件下，超临界二氧化碳对高分子聚合物的影响将会消失，粘度趋于稳定；在一定条件下，超临界二氧化碳作为增塑剂，得到的致密的产品。 二、超临界二氧化碳在微孔塑料制中的应用 二氧化碳对压力非常敏感，当降低压力时，二氧化碳将从高分子聚合物中逸出，高分子聚合物处于过饱和状态，使系统的热力学处于不稳定状态，从而有固

超临界二氧化碳布雷顿循环研究综述

2019年第2期2019年2月 0引言 超临界二氧化碳（以下简称“S-CO 2”）布雷顿循环是一种可实现高效热电转化的动力循环，它以CO 2为工质，利用布雷顿循环完成能量转化，在整个循环过程中始终保持CO 2为超临界状态。该循环可利用的热源温度范围广（400℃～700℃）、效率高（40%～50%），适用于太阳能、核能、分布式能源、船舶动力、燃料电池等多个领域[1]，被认为是当前最具有发展前景的能量转换系统之一[2]。 1S-CO 2布雷顿循环介绍 S-CO 2布雷顿循环的工作原理如图1所示，该循环 为典型的布雷顿循环，包括压缩过程、回热过程、加热过程、膨胀过程、预冷过程五个热力过程，如图1a)所示，其主要由压缩机、回热器、涡轮机、预冷器和热源构成；如图1b)所示，其循环过程为：a)S-CO 2工质经压缩机升压后，利用换热器将S-CO 2工质等压加热到高温；b)高压高温的S-CO 2工质进入涡轮机，推动涡轮做功并带动发电机发电；c)工质进入冷却器恢复到初始状态，在此进入压气机形成闭式循环，S-CO 2的压力和体积变化情况如图1a)中的1-2-3-4-5-6-1循环[3]。 与其他动力循环（蒸汽朗肯循环、有机朗肯循环） 相比，S-CO 2循环具有如下特点：a)S-CO 2工质的特点。当CO 2的压力达到7.377MPa ，温度达到304.128K 时，变为超临界状态，其临界温度和压力远低于水的临界点（22.064MPa ，647.096K ），易于达到；S-CO 2具 收稿日期：2018-12-18 基金项目：中核集团自主研发项目（2017-568） 第一作者简介：冯岩，1988年生，男，河南民权人，2012年毕业于北京理工大学机械制造及其自动化专业，工程师。 超临界二氧化碳布雷顿循环研究综述 冯 岩，王绩德 （中国中原对外工程有限公司，北京100044） 摘要：超临界二氧化碳（S-CO 2）布雷顿循环是当前最具有发展前景的能量转换系统之一，适用于核能、太阳能、分 布式能源、船舶动力、燃料电池等多个领域。阐述了S-CO 2布雷顿循环原理及特点，综述可应用于核电领域的S-CO 2简单布雷顿循环典型结构布局、不同布局下循环性能参数以及优缺点，分析结果能够为相关发电领域S-CO 2布雷顿循环系统设计与应用提供参考。 关键词：超临界二氧化碳布雷顿循环；再压缩循环；部分冷却循环；循环效率中图分类号：TK14文献标识码：A 文章编号：2095-0802-(2019)02-0097-04 Review of Supercritical Carbon Dioxide Brayton Cycle Research FENG Yan,WANG Jide (China Zhongyuan Engineering Corp.,Beijing 100044,China) Abstract:Supercritical carbon dioxide(S-CO 2)Brayton cycle is one of the most promising energy conversion systems,suitable for nuclear energy,solar energy,distributed energy,marine power,fuel cells and other fields.This paper expounded the principle and characteristics of S-CO 2Brayton cycle and summarized the typical structure layout,cycle performance parameters under different layouts,advantages and disadvantages of S-CO 2Brayton cycle in nuclear power field.The analysis results can provide reference for the design and prototype experimental research of S-CO 2Brayton cycle system in related power generation fields.Key words:supercritical carbon dioxide Brayton cycle;recompression cycle;partial cooling cycle;cycle efficiency （总第161期）技术研究 涡轮机 压缩机 发电机回热器 预 冷器 热源2 1 45 6 3 b)循环简单结构图 1.压缩机入口； 2.压缩机出口； 3.回热器冷侧流体出口； 4.涡轮机入 口；5.涡轮机出口；6.回热器热侧流体出口。图1S-CO 2布雷顿循环的工作原理示意图 a)热力循环T-S 图 43 2 6 熵s /(J ·mol -1·K -1) 1 5 97··