Применение сверхкритической экстракции для решения экологических проблем

Одна из наиболее важны х проблем - очистка окружающей среды (почвы, сточных вод, атмосферы) от высокотоксичных органических соединений. Хорошо известно, что вода в жидком состоянии почти не растворяет углеводороды и ограниченно растворяет большинство неорганических солей (например, растворимость хлорида натрия в воде при 150С составляет 26,4%). В сверхкритических условиях ее способность растворять углеводороды и неорганические соли аномально резко возрастает.

Способность воды изменять свойства в сверхкритических условиях (температура - порядка 3750С, давление - 24 МПа) использована при разделении смесей органических веществ с 5-25% (масс.) воды. В таких условиях органические соединения подвергаются химическим превращениям с образованием газов (оксид и диоксид углерода, водород, метан) и летучих сложных спиртов. Возможно также полное окисление преобразованных продуктов.

Кроме того, с повышением давления воздуха и кислорода создаются одно-фазные смеси, полностью окисляющиеся за 1 мин. Это проверено на различ-ных органических соединен ия х: хлоридах и фосфатах, включая DDT-2,2,2-трихлор-1,1-бис(н-хлорфенил)этан, РСВ (полихлорбефинил или 1,2,3,4- и 1,2,5,4-тетрахлорбифенил), циклогексан, бифенил в присутствии воды в сверхкритическом состоянии. Разрушающий эффект при сверхкритическом окислении достигается 99,9%.

Другой важной областью применения сверхкритической экстракции является очистка воды и почвы от вредных органических соединений, например, с помощью диоксида углерода. Диоксид углерода, кроме того, быстро и эффективно удаляет полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) из твердых образцов и поглощающих фильтров (при регенерации активированного угля). Процесс протекает при низкой температуре (~ 450С), если удаляемые соединения имеют молекулярную массу порядка 300. Подбирая давление экстракции и рас творител ь разной полярности, можно регулировать селектив-ность процесса. Во избежании термического воздействия предпочтительнее использовать растворители с низкими Тк ( например, диоксид углерода, геми-оксид азота, этан и др.).

Твердые частицы выхлопных газов, концентрирующиеся в фильтрах из кварцевых нитей, также можно удалять сверхкритической экстракцией с помощью диоксида углерода. Данный процесс осуществляется при 450С и 20 МПа. За 30 минут удается полностью извлечь вредные ПАУ из фильтров. Но наибольшего эффекта можно достичь, используя в качестве растворителя смесь диоксида углерода с 5% метанола. В этом случае значительно уменьшается давление, температура, время, улучшается качество экстракции, то есть обеспечивается возможность эффективного управления данным процессом.

Для удаления DDT из подпочвенных слоев в также можно использовать смеси диоксида углерода с метаном. Повышенный интерес к диоксиду угле-рода объясняется тем, что этот газ инертен, не остается в почве после экстрак-ции и легко восстанавливается при переходе к условиям ниже критических.

Традиционные методы очистки по сравнению со сверхкритической экстракцией требует больших затрат времени, растворителей, часто не обеспечивают полной очистки и могут привести к разрушению очищаемой среды.

Сверхкритическая экстракция, благодаря селективности, позволяет вытеснить высокомолекулярные компоненты из различных термически неустойчивых систем при соответствующем подборе растворителя.

Для экстракции ПАУ более предпочтительно использовать смесь гемиок-сида азота с 5% метанола, менее предпочтительно - чистый диоксид углерода. На очистку обычной жидкостной экстракцией затрачивается на 4-8 ч больше. Известно, что вода в сверхкритическом состоянии (при температуре выше 3750С) способна растворять такие газы, как азот, кислород и воздух в любых концентрациях. Это позволяетиспользовать ее в качестве окислителя загрязненных отходов.

Таким образом, используя уникальные свойства растворителей в сверхкритическом состоянии, можно создавать новые высокоэффективные технологии для контроля и очистки окружающей среды.