(1)超临界二氧化碳。
超临界流体萃取(SFE)是一种迅速发展起来的新型绿色分离技术,超临界二氧化碳萃取,顾名思义是采用二氧化碳作溶剂,在超临界状态下萃取分离混合物质的技术。
当物质的压力和温度同时超过它的临界压力和临界温度的状态,就会形成超临界状态,它们像雾像雨又像风,既像气体也像液体。更有趣的是,超临界二氧化碳可以溶解平常二氧化碳很难溶解的物质。普通液态二氧化碳是一种非极性溶剂,根据相似相溶原理,只能溶解同样非极性的物质,许多物质在液态二氧化碳中的溶解度很差。二氧化碳一旦进入超临界状态,一些极性物质也可以溶解其中。而因为又有气体的特性,超临界二氧化碳的表面张力和黏度很低,扩散速度和渗透性很强,所以它的溶解速度比普通溶剂快得多。
天然气化工利用过程中可能产生大量二氧化碳(如水蒸气重整制氢过程),将二氧化碳分离出来加以利用,既环保又可提高经济效益,超临界萃取就是其中一种既环保又经济的用途。超临界二氧化碳萃取可以处理咖啡豆,去除咖啡豆中的咖啡因,而且目前已经成了去除咖啡因的主流方法之一,目前全球每年大约10 万吨无因咖啡豆是采用超临界技术脱除咖啡因的。
由于超临界二氧化碳可以定向提取分子,所以也被用于萃取香味分子,
比如香兰素和精油。一些啤酒厂也用超临界二氧化碳提取啤酒花的有效成分。超临界二氧化碳也用于无脂黄油、鱼油的制作。高科技干洗也开始尝试超临界二氧化碳这种环保有机溶剂。在实验室里,研究人员也用超临界二氧化碳提取生物分子、制造催化用的金属颗粒或塑料。除上述应用外,科学家们还在研究用超临界二氧化碳发电的清洁能源技术。超临界二氧化
碳萃取的工艺流程相对简单, 主要分为提取、分离和二氧化碳回收循环三个步骤。在一定温度、压力下,通入二氧化碳进行循环萃取,保持恒温恒压, 萃取完毕后的物料从分离罐中接出。
相比于常规的萃取方法,超临界二氧化碳萃取具有显著优势。传统的溶剂萃取法是使用大量溶剂浸泡提取物,萃取完后需要进行脱溶剂工序,因此溶剂难以完全脱除,而溶剂法无选择性,整个过程会带出很多不需要的物质,后期精炼工序复杂。超临界萃取只需要调整二氧化碳温度、压力,对需要的物质针对性提取,具有很高的选择性。重金属、农药等不溶于二氧化碳,因此超临界萃取也不会将重金属、农药带出。脱除时,通过使二氧化碳气化则可除去萃取剂,无有害溶剂残留。
(2)二氧化碳的利用
塑料是一种以单体为原料,通过聚合反应制得的高分子化学制品。常见的合成塑料包括聚乙烯塑料(PE)、聚丙烯塑料(PP)、聚氯乙烯塑料(PVC)等。由于塑料分子量巨大,分子间的聚合力极大,使得环境中的微生物分解者难以将其消化降解为单体形式。可以说,塑料一旦合成,就再无“回头路”了。
为解决传统塑料难以降解的问题,可降解塑料应运而生。这种新型塑料主要是通过在塑料合成单体之间嵌入中间体,使单体之间的聚合力降低,更易被微生物降解。目前已经开发出的可降解塑料包括光降解塑料、生物降解塑料、光、氧化/ 生物全面降解性塑料及二氧化碳基生物可降解塑料等。
二氧化碳基生物可降解塑料,正如它的名字一样,主要是通过二氧化碳与有机环氧化合物发生反应制得。1969 年,日本京都大学的井上祥平教授使用二乙基锌催化剂成功激活了二氧化碳分子,使分子中的碳原子与氧原子之间的双键断开,碳原子放出电子与环氧丙烷结合生成聚碳酸酯,即得到二氧化碳基生物可降解塑料,由此人类开启了利用二氧化碳制造塑料的大门。
为了提高反应效率,利用含氟化合物能够溶于液态二氧化碳这一特性,通过预先对二氧化碳加压使其转变成液体状态,再将催化剂附在含氟化合物上,通过含氟化合物在液态二氧化碳中的分散作用,就可以实现催化剂以分子状态与二氧化碳分子的接触,极大地提高了反应接触面积,使得催化反应更为高效地进行。
二氧化碳基生物可降解塑料属于完全生物降解塑料类,可在自然环境中完全降解,可用于一次性包装材料、餐具、保鲜材料、一次性医用材料、地膜等方面。有研究者对生产出的二氧化碳基生物可降解塑料薄膜进行测试,发现二氧化碳基塑料薄膜可在-10~60℃下长期使用,薄膜各项性能与聚乙烯塑料薄膜相当,完全达到了作为普通包装薄膜的使用要求。利用此技术生产的降解塑料,可避免传统塑料对环境的污染。因此,二氧化碳基可降解塑料的生产和应用,无论从环境保护或是从资源再利用角度看,都具有重要意义。