氯苯与硫酸铜在亚临界水中溶解度及乙醇在超临界二氧化碳中溶解度研究

摘要

超/亚临界流体由于其独特的理化性质,被广泛应用于化学合成、萃取分离、环境工程等诸多领域,具有很大的潜在优势。着眼于环保领域应用的超临界水氧化反应(SCWO)是目前研究最多的一类反应过程。运用SCWO处理有机废水是一种高效、环境友好的新兴技术。但在实际应用过程中遇到了盐沉积和管路腐蚀问题,严重阻碍其工业化应用。作为超临界水氧化反应器设计的基础,疏水性有机物和无机盐类在亚临界水中的溶解度研究引起了广泛关注。
　　 二氧化碳作为一种无毒、临界温度低、价格低廉的绿色溶剂,在超临界流体萃取领域应用最为普遍。而醇类的加入可以改善超临界二氧化碳的溶剂化能力,极大拓宽其应用范围,将会成为热点课题。研究乙醇在超临界二氧化碳中的溶解度对于含醇物质中醇类的提取以及用醇作共溶剂体系的萃取都非常重要。
　　 实验采用课题组新研发的一套显微原位在线石英毛细管溶解度测定装置,分别测定了氯苯和硫酸铜在亚临界水中的溶解度以及乙醇在超临界二氧化碳中的溶解度。实验结果表明,在温度范围173.3～266.9℃内,氯苯在水中的溶解度为43.5～71.4 mg·g-1 H2O,并随着温度的升高而线性增加,通过线性拟合得到氯苯在水中的溶解度方程为S=0.3069T-10.188。实验还研究了pH及投加物对硫酸铜盐水体系介稳态的影响,测定了硫酸铜在114.2～157.1℃水中的溶解度为10～180mg·g-1 H2O。选用拉乌尔定律结合水的饱和蒸汽压来估算毛细管中盐水体系在析晶点的压力为160333～571368 Pa。采用经典水合机理溶解模型对硫酸铜在亚临界水中的S-p-T数据进行了拟合。
　　 此外实验测定乙醇在温度为77.6～183.8℃的超临界二氧化碳中的溶解度为0.085～0.485 mg·mg-1 CO2,并随着温度的升高而指数增加,通过指数拟合得到乙醇在超临界二氧化碳中的溶解度方程为S=0.0231 e0.016T。
　　 实验采用课题组研发的一套显微原位在线石英毛细管溶解度测定装置,分别测定了氯苯和硫酸铜在亚临界水中的溶解度以及乙醇在超临界二氧化碳中的溶解度,补充和丰富了溶解度数据,开创了一种直观、安全、低耗、可逆向验证的测定方法,为该研究领域提供了一条新的思路,也为下一阶段的深入研究奠定基础。