Arrastor de extracción de fluidos supercríticos

En estado supercrítico, el CO2 se disuelve selectivamente. SFE-CO2 muestra una excelente solubilidad en componentes de bajo peso molecular, baja polaridad, lipofilia y bajo punto de ebullición, como aceites volátiles, hidrocarburos, ésteres, lactonas, éteres, compuestos epoxi, etc. , como ingredientes naturales de aroma de plantas y frutas. Para compuestos con grupos polares (-OH, -COOH, etc.). ), cuanto más grupos polares hay, más difícil es extraer, por lo que es difícil que sustancias aromáticas como polioles, ácidos polibásicos y grupos polihidroxilo se disuelvan en dióxido de carbono supercrítico. Para los compuestos de alto peso molecular, cuanto mayor es el peso molecular, más difícil es extraer. Los compuestos poliméricos con un peso molecular superior a 500 son casi insolubles. Para la extracción de ingredientes activos de materiales medicinales chinos con gran peso molecular y muchos grupos polares, es necesario agregar un tercer componente al sistema binario compuesto de ingredientes activos y dióxido de carbono supercrítico para cambiar la solubilidad de los ingredientes activos originales. En el estudio de la extracción de líquidos supercríticos, el tercer componente con la capacidad de cambiar la solubilidad del soluto se suele denominar arrastrador (también hay muchos documentos que denominan al arrastrador componente subcrítico). En términos generales, los disolventes con buena solubilidad también son buenos arrastradores, como el metanol, el etanol, la acetona, el acetato de etilo, etc. Dado que el CO2 es una sustancia apolar, el SC-CO2 puro sólo puede extraer sustancias lipófilas de baja polaridad e hidrocarburos alifáticos de bajo peso molecular, como alcoholes, éteres, aldehídos, lactonas, etc. Para moléculas hidrófilas con mayor polaridad, iones metálicos y sustancias con masas moleculares relativas mayores, el efecto de extracción no es ideal. En 1989, Yu Enping y otros introdujeron el arrastrador utilizado en la extracción de CO2 supercrítico. Es decir, añadiendo agentes de arrastre adecuados durante el proceso de extracción. Como etanol, metanol, acetona, etc. No solo se mejora y mantiene la selectividad de extracción, sino que también se mejora la solubilidad de los solutos insolubles y polares. Gracias al uso de arrastradores se mejora la solubilidad y selectividad del SC-CO2. El arrastrador puede afectar la solubilidad y selectividad del soluto en CO2 supercrítico desde dos aspectos: la densidad del CO2 y la interacción entre el soluto y la molécula de arrastrador. En términos generales, la cantidad de agente incorporador utilizado es pequeña y tiene poco efecto sobre la densidad del dióxido de carbono. Incluso reduce la densidad del SC-CO2. El factor decisivo que afecta la solubilidad y la selectividad es la fuerza de Van der Waals entre el arrastrador y las moléculas del soluto o las interacciones intermoleculares específicas entre el arrastrador y el soluto, como los enlaces de hidrógeno y otras fuerzas. Por ejemplo, cuando se utiliza CO2 supercrítico para extraer metales pesados, los iones de metales pesados ​​están cargados positivamente y son altamente polares, lo que debilita la fuerza de Van der Waals entre los iones de metales pesados ​​y el SC-CO2, lo que dificulta la extracción directa. El método general consiste en elegir un arrastrador cargado negativamente (también llamado aquí agente complejante metálico) para neutralizar la carga positiva de los iones metálicos. Debido al efecto derivado de coordinación, el complejo neutro resultante tiene una polaridad muy reducida y se combina con otro arrastrador polar. Mejorar su solubilidad en SC-CO2 y extraerlo. Además, cerca del punto crítico del disolvente, la solubilidad del soluto es más sensible a los cambios de temperatura y presión. Después de agregar el agente de arrastre, el punto crítico del solvente mezclado se puede cambiar en consecuencia, más cerca de la temperatura de extracción. Mejorar la sensibilidad de la solubilidad del soluto a la temperatura y la presión, de modo que la solubilidad de los componentes separados se pueda reducir en gran medida aumentando adecuadamente la temperatura cuando la presión de operación permanece sin cambios, de modo que los componentes se puedan separar del gas en circulación y evitar el gas re -compresión. Alto consumo de energía.

Entrainer también juega un papel muy importante en la tecnología de extracción de microemulsiones de CO2 supercrítico. Las microemulsiones de CO2 supercrítico se forman disolviendo un tensioactivo adecuado (SAA) en CO2 supercrítico. Debido a la solubilidad limitada del CO2 supercrítico en la mayoría de los SAA, es difícil formar microemulsiones de CO2 supercrítico. La adición de arrastradores (principalmente alcoholes que contienen de 3 a 6 átomos de carbono) no solo puede aumentar la solubilidad del SAA en CO2 supercrítico, sino que también sirve como cotensioactivos para promover la formación de microemulsiones de CO2 supercrítico. La tecnología de extracción en microemulsión de CO2 supercrítico ha logrado grandes logros en la extracción de sustancias biológicamente activas e iones metálicos y tiene perspectivas de desarrollo muy amplias. La selección del arrastrador es un proceso complejo, que se puede resumir de la siguiente manera:

(1) Comprender completamente la naturaleza y el entorno de las sustancias extraídas.

Las propiedades de las sustancias extraídas incluyen estructura molecular, polaridad molecular, peso molecular, volumen molecular y actividad química.

También es necesario comprender el entorno del material que se extrae para guiar la selección del transportador. Por ejemplo, el DHA se distribuye en glicéridos de baja polaridad, ésteres de galactosa de polaridad media y fosfolípidos polares, y existe principalmente en lípidos polares. Por lo tanto, es necesario extraer varios componentes lipídicos polares para extraer DHA y luego determinar el agente de arrastre adecuado. .

⑵ La preselección del arrastrador debe basarse en las propiedades del arrastrador (polaridad molecular, estructura molecular, peso molecular y volumen molecular) y las propiedades y el entorno de la sustancia extraída.

Para sustancias extraídas como ácidos, alcoholes, fenoles y ésteres, se pueden usar agentes de arrastre que contengan genes -OH y C=0; para materiales de extracción más polares, se pueden seleccionar agentes de arrastre más polares.

⑶Verificación experimental.

Los factores determinantes son el efecto de arrastre del arrastrador (basado en la extracción pura de CO2) y la selectividad del arrastrador, denominados colectivamente efecto de arrastre del arrastrador. Zang Zhiqing et al. introdujeron esto en detalle en el estudio de selección de transportadores para la extracción con CO2 supercrítico de pimiento rojo.

Para la selección del arrastrador, es necesario dominar el cambio de fase y el equilibrio de fases relacionados con las condiciones de extracción. Sin embargo, la medición experimental de este método es difícil y no se han publicado ni presentado muchos artículos. Además, el arrastrador no sólo puede aumentar la solubilidad del SC-CO2, sino que también debilita el efecto de captura del sistema de extracción, lo que resulta en un aumento de * * * extractos, y también puede interferir con el análisis y la medición, por lo que la cantidad de El arrastrador debe ser pequeño, generalmente no más de 5 moles. Finalmente, la tecnología de extracción de CO2 supercrítico se ha utilizado ampliamente en biología, medicina, alimentación y otros campos, por lo que el transportador debe cumplir con los requisitos de bajo costo, seguridad e higiene médica de los alimentos en estos campos. La introducción del arrastrador ha hecho que la tecnología de extracción de CO2 supercrítico se utilice más ampliamente, pero también ha traído dos efectos negativos. Esto se debe a que el uso de arrastradores aumenta la dificultad de separar y recuperar los arrastradores del extracto. Y debido a que se utilizaron agentes de arrastre, algunos extractos tenían agentes de arrastre residuales. Esto pierde la ventaja de la extracción con CO2 supercrítico sin residuos de disolvente. La industria también aumenta la dificultad de diseñar, desarrollar y operar el proceso. Teniendo esto en cuenta, se justifica realizar más investigaciones. Debido a los diferentes extractos y sistemas de extracción, el tipo, la dosis y el efecto de los transportadores serán diferentes. Por lo tanto, desarrollar nuevos transportadores inofensivos y fáciles de separar y estudiar su mecanismo de acción es una de las futuras direcciones de investigación.

Características

Como alternativa a los métodos de separación tradicionales, la tecnología de fluidos supercríticos tiene muchas aplicaciones potenciales en procesos de extracción y destilación. Sus ventajas son:

⑴La extracción supercrítica se puede realizar casi a temperatura ambiente (35 ~ 40 ℃) y cubrirse con gas CO2, lo que previene eficazmente la oxidación y el escape de sustancias sensibles al calor. Por lo tanto, los ingredientes activos de las plantas medicinales se retienen en el extracto, y las sustancias con puntos de ebullición altos, baja volatilidad y fácil pirólisis se pueden extraer a temperaturas muy inferiores a sus puntos de ebullición;

⑵ SFE es el más limpio El método de extracción, dado que no se utilizan solventes orgánicos en todo el proceso, no hay solvente residual en el extracto, lo que evita la presencia de sustancias nocivas para el cuerpo humano y la contaminación ambiental durante el proceso de extracción, asegurando una naturalidad 100% pura;

⑶ Integración de extracción y separación. Cuando el fluido de CO2 de la solución saturada ingresa al separador, el CO2 y el líquido de extracción rápidamente se convierten en dos fases (separación gas-líquido) y se separan inmediatamente debido a la caída de presión o al cambio de temperatura. No solo la eficiencia de extracción es alta, sino que también. También consume menos energía, mejorando así la eficiencia de la producción y reduciendo los costes.

⑷CO2 es un gas inerte que no sufre reacciones químicas durante el proceso de extracción. Es un gas no inflamable, insípido, inodoro, no tóxico y muy seguro. el gas es barato, de alta pureza, fácil de preparar y puede reutilizarse en la producción, lo que reduce eficazmente los costos;

[6] Tanto la presión como la temperatura se pueden utilizar como parámetros para ajustar el proceso de extracción. El propósito de la extracción se puede lograr cambiando la temperatura y la presión, y la presión fija también puede separar sustancias cambiando la temperatura. Por el contrario, al fijar la temperatura y separar el extracto a presión reducida, el proceso es sencillo y fácil de dominar, y la velocidad de extracción es rápida.