行业应用发展

超临界流体技术的发展可追溯到十九世纪:

  • 1822年,Cagniard 首次报道物质的临界现象;
  • 1850年,英国女王学院的Thomas Andrews博士首先对二氧化碳的超临界现象进行了研究,并在1869年的英国皇家学术会议上发表了超临界实验装置和超临界现象观察的论文,当时报道的二氧化碳的临界温度和临界压力分别是30.92℃和73.0atm,和现在的公认值(31.04℃和72.85atm)非常接近;
  • 1879年,Hanny和Hogarth在研究超临界乙醇溶解碘化钾的实验时,发现超临界流体对另一种物质具有极强的溶解性,为超临界流体的应用提供了依据;
  • 但之后相当长的一段时间里,这方面的研究进展缓慢。一直到了1955年,Todd和Elgin首次指出了将超临界流体技术对类似于固体的不挥发性物质的溶解特性,用于分离过程的可行性;
  • 进入六十年代,以原联邦德国为中心的研究工作迅速展开;
  • 1970年,Zosel采用SC-CO2萃取技术从咖啡豆提取咖啡因,从此超临界流体的发展进入一个新阶段;不久,德国的HAG公司利用超临界流体技术建立了第一个从咖啡豆中脱出咖啡因的工厂,超临界流体技术实现了工业化;同时在美国和英国,就利用超临界流体萃取对煤和石油的处理进行了大量研究;
  • 70年代末,超临界流体技术在生物制药、保健品、食品工业中应用日益广泛,其中从啤酒花中提取酒花精已经形成了生产规模;
  • 1992年,Desimone 首先报道了SC-CO2为溶剂的超临界聚合反应,得到分子量达27万的聚合物,开创了超临界CO2高分子合成的先河。 

超临界流体技术自20世纪70年代起逐步成熟,目前已成为国际科研与产业应用的核心技术之一,可满足制药、食品、材料科学等领域的复杂需求。

  1.  典型应用领域与科研进展
  • 生物医药:哈佛大学医学院与麻省理工学院(MIT)合作,利用超临界CO₂萃取技术开发新型药物递送系统,显著提高抗癌药物包封率(达95%以上),相关成果发表于《Nature Biomedical Engineering》。
  • 环境工程:德国弗劳恩霍夫研究所(Fraunhofer)将SFE用于土壤重金属污染修复,萃取效率较传统方法提升40%,已在欧盟环保项目中规模化应用。
  • 食品科学:荷兰瓦赫宁根大学(WUR)通过超临界萃取技术提取功能性食品成分(如Omega-3脂肪酸),其纯度可达99.5%,相关技术获欧盟“绿色创新奖”。
  • 材料科学:美国斯坦福大学利用超临界流体辅助合成多孔金属有机框架(MOFs),材料比表面积提升至3000 m²/g以上,应用于氢能源存储领域。
  1. 未来技术发展趋势
  • 智能化与集成化:国际厂商正推动设备与AI算法的结合,实现参数自动优化,如美国加州大学伯克利分校开发的SFE-AI系统,可将实验周期缩短70%。
  • 绿色化与低碳化:欧盟“Horizon 2030”计划要求工业萃取工艺碳排放降低30%,超临界技术因无需有机溶剂,成为替代传统方法的首选。
  • 多学科交叉应用:超临界流体在纳米医药、组织工程等新兴领域的应用快速增长,例如瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)将其用于干细胞培养基的活性成分提取。