超臨界CO2流體在化學反應中的技術(shù)研究
發(fā)布時間：
2021-07-21
自1869年,Thomas Andrews發(fā)現(xiàn)臨界點的存在,至今已有一百多年,但超臨界流體技術(shù)的發(fā)展一直比較緩慢,直到進入本世紀70年代后期,有關(guān)超臨界流體的基礎(chǔ)和應用研究由于其潛在的應用前景才得以迅猛發(fā)展。
目前,超臨界流體已被廣泛應用于食品、醫(yī)藥、能源、環(huán)境和化學反應工程等各相關(guān)領(lǐng)域中,并且將逐步地向更加廣闊的領(lǐng)域滲透和發(fā)展。
在所有的應用領(lǐng)域中,超臨界條件下的化學反應將是未來超臨界流體技術(shù)研究和應用的一個熱點和前沿,其原因主要是由于日趨嚴重的資源和環(huán)境問題,用超臨界流體取代傳統(tǒng)的有機溶劑,等于從源頭上消除對環(huán)境有害的物質(zhì),屬于“綠色化學”的重要組成部分;超臨界流體具有的性質(zhì)可調(diào)性,即僅僅改變溫度或壓力,就可調(diào)節(jié)反應速率和反應選擇性,而這正是常規(guī)有機溶劑所難以實現(xiàn)的;當用超臨界流體作反應介質(zhì)時,可將反應與分離合二為一,簡化其操作過程,實現(xiàn)了過程的經(jīng)濟性。
基于上述原因,本論文選擇超臨界流體中高分子聚合反應為研究內(nèi)容,重點是研究共溶劑對反應的影響。圍繞著這個中心,在研究聚合反應之前,首先對超臨界流體的性質(zhì)和密度的不均勻性(包括其長程密度不均勻和局域密度不均勻)進行了研究,揭示了在高壓縮區(qū)溶劑分子可高密度地在溶質(zhì)周圍發(fā)生聚集的現(xiàn)象,而這恰恰是超臨界流體性質(zhì)不同于一般溶劑性質(zhì)的關(guān)鍵所在。論文采用溶劑的表觀密度和溶質(zhì)的偏摩爾體積法研究了超臨界二氧化碳-四氫呋喃的二元混合體系,溶質(zhì)在無限稀釋條件下負的偏摩爾體積,表明溶液中形成了溶劑化結(jié)構(gòu),即溶劑在溶質(zhì)周圍發(fā)生聚集,這表明溶劑長程密度的不均勻性。
論文又利用FT-IR對超臨界二氧化碳-四氫呋喃-乙酸三元混合體系中四氫呋喃和乙酸之間的氫鍵締合進行了研究,首次觀察到在不同壓縮范圍內(nèi)形成氫鍵的不同驅(qū)動力,即高壓縮區(qū)焓、熵為正值即熵驅(qū)動,低壓縮區(qū)焓、熵為負值即焓驅(qū)動,由此說明在超臨界流體中,不但存在溶質(zhì)-共溶劑的相互作用,而且還存在共溶劑。
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