История открытия сверхкритических сред и их применение

Данная работа раскрывает историю открытия сверхкритических сред и применение во многих областях. Работа уникальна. ...

Начиная с 1960-х годов, многие исследовательские группы, прежде всего в Европе, а затем в США, рассматривают сверхкритические флюиды для развития "передовых" процессов экстракции. Европейские исследователи экстрагировали из ботанических субстратов, например, специй, трав, кофе, чай, и так далее, используя преимущественно сверхкритический диоксид углерод.

Сверхкритическое состояние – четвертая форма агрегатного состояния вещества, в которую переходит вещество при достижении определенной температуры и давления в относительно малом объеме (исчезает граница раздела фаз). Иными словами, это газ, сжатый до плотности, близкой к плотности жидкости. Такое состояние вещества иначе называют сверхкритический флюид, (от fluid - способный течь). Критическая точка – это минимальное значение давления и температуры, необходимое для перевода газа или жидкости в сверхкритическое состояние.

Рекультивация земель2. Демилитаризация топлива3. Химическая реакция и синтез полимеров и органических химических веществ. 4.Удаление никотина из табака5. Зарождение и регулирование размера частиц6. Очистка электронных компонентовПрименение сверхкритических флюидов По техническим и экономическим признакам уникальное сочетание свойств и атрибутов сверхкритических флюидов наиболее выгодно применять при разработке процессов и продуктов в фармацевтики, высококачественной химии и медицинских препаратов. Фармацевтическая промышленность Фармацевтическая промышленность одна из первых областей, которая стала использовать сверхкритические технологии. На фоне традиционных методов использование сверхкритических технологий оказалось очень эффективно. СКФ технологии позволяют наиболее эффективным и экологически чистым способом выделять биологически активные вещества из растительного сырья. На сегодняшний день получено много витаминов, стероидов и других препаратор с помощью сверхкритических флюидов. И все больше разрабатывается новых лекарственных форм. Для получения порошков в сверхкритических флюидах используются следующие процессы: быстрое расширение сверхкритического раствора, быстрое расширение сверхкритического раствора в жидкий растворитель, осаждение в сверхкритическом анти-растворителе, осаждение в газофазном анти-растворителе, осаждение в сверхкритическом анти-растворителе c ускоренным массо-переносом, система экстракции из аэрозоля и т.д. Процессы, в которых сверхкритические флюиды используются в качестве растворителя, заключаются в насыщении флюидов растворяемым веществом с последующим быстрым сбросом давления в автоклаве. Быстрый сброс давления, приводит к резкому и мгновенному снижению растворяющей способности вещества и к быстрому зарождению новой фазы с очень малыми частицами. Полученные таким образом частицы не содержат растворителя и не требуют дальнейшей очистки. Преимуществами этого метода являются удобство технологического контроля процесса, относительная легкость воспроизведения процесса в лабораторных масштабах, когда реактор имеет только один выход для сброса газа, также отсутствие органических растворителей. С другой стороны, ряд важных недостатков ограничивает применение данного метода: трудность увеличения объемов получения частиц, их возможная агрегация, засорение каналов подачи и сброса газа, значительный расход СКФ и кроме того низкая растворимость большинства фармацевтических препаратов в сверхкритическом СО2. Процессы с применение сверхкритических флюидов в качестве антирастворителя. Эта группа методов была предложена для микронизации веществ с низкой растворимостью. В этом случае находящийся под давлением СО2 играет роль антирастворителя, необходимого для осаждения веществ из их раствора в органическом растворителе. Вещество сначала растворяется в органическом растворителе, затем полученный раствор вводят в скСО2. Принцип такого процесса основан на способности органических растворителей растворять большое количество различных веществ; взаимной растворимости фазы СКФ и органической фазы; низком сродстве СКФ по отношению к растворенному веществу. СО2 диффундирует в органический растворитель, вызывая тем самым его испарение и переход в газовую фазу; степень расширения объема определяетуменьшение плотности среды, которая в свою очередь понижает растворяющую способность органического растворителя и приводит к выпадению осадка. Характеристики микрочастиц, получаемых в процессе SAS, зависят от многих параметров процесса: температуры, давления, свойств полимера и др. Важнейшее влияние на характеристики микрочастиц, оказывает молекулярная масса полимера, определяющая, в частности его вязкость. Преимущества БАДов с использованием скCO2-экстрактов определяются широким спектром и высокой концентрацией биологически активных веществ (БАВ). Данный вид экстрагирования позволяет получать биоактивные соединения из растений без изменения их химической формулы, что не позволяют сделать другие способы экстракции. Обеспечивается микробиологическая чистота получаемого продукта, что обуславливается самой технологией экстрагирования. Технология экстрагирования позволяет получать БАВ из нетрадиционного сырья, например, получение ликопина и каротиноидов из жмыха томатов, получение комплекса полиненасыщенных жирных кислот из жиров северных рыб и т.п. С помощью скCO2 экстракции можно производить очистку продукции от нежелательных примесей и соединений, например, удаление холестерина, очистка лецитина и стевиозида. По оценке специалистов, формы выпуска продукции для БАДов на основе сверхкритических экстрактов возможны в виде сыпучей массы из травы с нанесенным СК-экстрактом в качестве полуфабриката, капсул, таблеток, гелей с каплеобразными гранулами из хитозан-альгинатного комплекса и гранул. Продукция приспособлена к транспортировке, длительному хранению, имеет строго регламентированный состав, который контролируется техническими условиями. Организация производства биологически активных добавок на основе сверхкритических экстрактов позволяет решать задачи по повышению эффективность существующих рецептур БАД и по вытеснению с рынка России дорогостоящей импортной продукции. Рынком мотивации для применения сверхкритических флюидов в возможности рекристаллизации повысит вероятность экономического успеха; например, создание нового фармацевтического продукта, который будет применяться при вдыхании, вместо парентерально, несомненно, оправдывает применение сверхкритических жидкостей.Пищевая промышленность За последние три десятилетия, сверхкритический CO2 был использован для экстракции и выделения ценных соединений из натуральных продуктов. Сверхкритическая флюидная экстракция оказалась эффективной в разделении эфирных масел и его производные для применения в пищевой промышленности, производящие высококачественные эфирные масла. Восстановление из натуральных растений представляет большой интерес для пищевой промышленности. Сверхкритические флюиды широко используется в экстракции хмеля. На сегодняшний день более 300 соединений хмеля (ароматических компонентов) обнаружено. Это углеводороды, кетоны, альдегиды, сложные эфиры, карбоновые кислоты, спирты, кислород, гетероциклическое и соединения серы. Для разделения ароматических и горький фракции хмеля, используются сверхкритические жидкости с использованием диоксида углерода. Производством экстракта хмеля занимаются Германия, Австралия, Великобритания. Сверхкритический углекислый газ используется так же и для декофеинизации. Это удаление кофеина из кофейных зерен, какао, чайных листьев и других содержащих кофеин материалов. Процесс экстракции прост. Сверхкритический диоксид углерода пропускают через зеленые кофейные зерна. И он проникает глубоко в бобы, и растворяет 97-99% кофеина. Кофеин используют в безалкогольных напитках и лекарственных средствах. Кофеин заполненный СО2 опрыскивают водой под высоким давлением и затем кофеин выделяют с помощью различных методов, в том числе адсорбции, перегонки, перекристаллизации, или обратным осмосом. Сверхкритические флюиды используется для уменьшения жира и холестерина содержащихся в молочных продуктах. Холестерин растворим в сверхкритическом диоксиде углерода и даже более растворим в сверхкритическом этане. Использование сверхкритических растворителей для экстракции масел и получения пищевых ароматизаторов в пищевой промышленности является одной из основных областей применения СК технологий в пищевой промышленности. Обезжиривание белка с помощью сверхкритических флюидов метод обладает огромным достоинством в сравнении с традиционными методами - сохраняется нативность белка. При должной оптимизации условий процесса экстракция сверхкритическим диоксидом углерода не приводит к значительной денатурации, что чрезвычайно важно для последующей переработки обезжиренной субстанции. Кроме того, после СФЭ белок не загрязнён остатками экстрагента, что также облегчает дальнейшую работу с ним. Обезжиривание с помощью сверхкритической экстракции также успешно может применяться при выделке свиных кож, обработке мясных тканей.