论文部分内容阅读
化工行业的快速发展在给人类社会带来巨大物质财富的同时,也对环境产生了深远的负面影响。因此,探索绿色化工过程已经成为研究人员的共识。近年来,超临界流体(SupercriticalFluid,SCF)因其所具有的环保优势而逐渐被人们所重视。作为一种环境友好型的溶剂,它能够替代很多传统有机溶剂而应用于萃取、催化等诸多领域。SCF既具有类似于气体的扩散系数,又具有类似于液体的密度,且其密度和介电常数等物理性质在临界态附近对温度和压力的变化异常敏感。因此,可以在不改变体系组成的情况下,通过改变体系的温度和压力来实现对SCF性质的调节。作为SCF中最典型的代表。超临界二氧化碳(scCO2)除了具有一般SCF的特点外,还拥有其独特的优势,例如无毒、不燃、易回收、对环境友好。上述的这些优势对于其在萃取领域的应用具有重要的理论意义和实际价值,因此超临界二氧化碳萃取(SFE-CO2)技术的研究和应用受到了研究人员的广泛关注。本工作基于前期研究所提出的体系分子间相互作用假说,选择全氟辛酸(PFOA)为研究模型,研究SFE-CO2体系相互作用过程和溶剂化行为,开发提高全氟辛酸铵(APFO)萃取效率的新方法。本工作主要包括以下三部分:(1)PFOA+scCO2二组分体系溶剂化过程监测在分散质分子与scCO2分子间相互作用这一假说的支持下,采用高压原位红外在线监测系统(HPATR-FTIR),在333、343、353和373 K温度下动态监测PFOA在scCO2中的溶剂化过程,从微观角度研究分散质在scCO2中的溶剂化作用以及体系分子间相互作用机制。根据不同温度和压力下PFOA+scCO2二组分体系的光谱振动吸收衍变曲线可知,对于确定的二组分体系而言,在等温条件下体系的转变压力(PT)确定,并且PT随着温度的升高而增大。当温度从333 K变化到373 K时,PFOA+5sCO2二组分体系的PT从12.0 MPa增加到20.2MPa。这归因于分散质分子与CO2之间存在的σ(A-B)与σ(B-B)随着压力的改变而动态变化。(2)残留APFO的提取检测针对当前方法所存在的不足和问题,改进实验方法,优化了聚合物样品中APFO溶出的工艺参数。最优的实验参数为:甲醇作为溶出溶剂,超声功率为500 W,超声次数为两次,超声时间为15 min,静置时间为30 min,离心转速为10000 rpm,离心时间为5 min。与此同时,优化APFO定量分析的条件以及实验的不确定性,并且确定了聚合物样品中APFO的初始浓度为19.96 mg/L。(3)影响APFO萃取效率的因素探索为了探索流速、时间、温度和压力对萃取效率的影响,对这些独立因素进行了系统地研究。在333 K、10.5 MPa、60 rmin的条件下研究流速对萃取效率的影响。结果发现,相比于其他流速条件,当流速为0.3 m3/h时,萃取效率较好并且超过了80%。较优的萃取时间为60 min,且萃取效率高于90%。PT被认为是等温条件下最优的萃取压力,在此条件下样品中残留的APFO含量最低,为1.53 m/L,并且APFO的萃取效率达到92.3%。