近临界水与绿色化工过程研究

11月12日化工报 2003-11-20

近临界水在燃料加工、废弃物资源化方面的应用及其一些重要特性近年来开始被人们所 认识,使其在反应、分离、资源化等绿色化工过程中的应用被一致看好,相关的开发工作也 随之推进。 即可以作为溶剂又可用作反应物和催化剂的近临界水,除了与超临界水一样具有优良的 传质性能外,还具有两大特质,即自身具有酸催化和碱催化功能,以及很好的溶解性,能同 时溶解有机物和无机物。由于反应条件与超临界水相比较为温和,宜于实现工业化。 免去酸碱催化剂的有机化学反应 近临界水可以作为溶剂、反应物、催化剂等参与有机化学反应。目前绝大多数有机合成 反应是在催化剂的作用下完成的,其中酸、碱催化反应占有相当大的比例,大多存在设备腐 蚀、废酸碱盐的排放等问题。而近临界水自身具有的酸、碱催化功能,使得在近临界水中进 行免去酸碱催化剂的有机合成反应成为可能。 近临界水中的分离过程 利用近临界水介电常数随温度、压力可调的特性,可用于弱极 性、中极性、极性化合物的萃取,如从天然产物中萃取有效组分、从泥土和沉积物中萃取二 噁英等。另外,还使之对不同极性的有机物有选择性溶解性能,达到依次萃取出非极性、弱 极性和强极性物质的目的。 资源再生与转化 在众多的再资源化技术中,近临界水处理也显出其独特的优越性。近 临界水中的再资源化主要研究对象有生物质资源和废旧高分子材料。研究表明,人类完全有 可能利用近临界水所具有的反应速度快、自身酸碱催化、无需催化剂、能抑制由热分解产生 的焦化等特性,将生物质资源转化为燃料和化工原料,以逐步实现可再生资源对矿产资源的 替代。利用近临界水降解废旧高分子材料的研究结果表明,它可以使废旧高分子材料完全分 解,生成单体、化工原料、油等,从而实现再资源化。 业内专家认为,目前近临界水的发展存在三方面的障碍。一是基础数据不足。有机物在 近临界水中的相行为研究是各种绿色化工过程研究的基础,其中包括反应物、产物在近临界 水中的溶解度、水在各种有机物中的溶解度等。由于温度、压力对溶解度的影响较大以及高 温高压条件下取样困难,使有机物在近临界水中相行为的研究很少,基础数据缺乏。 二是设备腐蚀问题。在高温高压条件下近临界水中的有机化学反应对设备的腐蚀较为严 重,尤其是在反应物流中存在氟、氯、溴等卤族元素以及硫、磷等元素时腐蚀更为严重。因 而在开发超、近临界水中耐腐蚀新材料的同时,要进行系统设备腐蚀情况在线检测的研究, 并深入研究近临界条件下有机化学反应的腐蚀机理。 三是工业化面临障碍。由于近临界水中的绿色化工过程一次性投资大,因此对于已正常 生产的工艺过程大都不愿意改变。但对于一个新项目,出于环保的压力近临界水还是有它的 竞争优势,故而宜首先在新项目上考虑它的应用。 目前,有关近临界水中绿色化工过程的研究主要集中在利用其具有的酸碱催化性能免去 催化剂加入的有机化学反应的可行性上,还有许多优势尚未得到很好的发挥。业内专家认为 未来几年,近临界水中绿色化工过程的研究新领域将集中体现在以下几个方面:近临界水替 代有机合成反应中有毒有害溶剂的研究,该过程对于制药行业来说具有很大的吸引力;近临 界水中非均相反应转化为均相反应的研究;近临界水中反应与分离耦合、聚合物改性、聚合 物脱挥等研究;近临界水中固体酸催化下有机化学反应的研究。

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