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超临界二氧化碳在染整加工中的应用
前沿:
,任何工业的发展都必须符合这一主题的要求。同时全球水资源环境问题日益尖锐,我国是严重缺水的国家,水污染使资源短缺问题变得更为突出,工业污染是造成水环境污染的主要污染源之一。而在纺织品染整加工过程中,大量使用了污染环境和对人体有害的染整剂,这些助剂生物降解性差,毒性大,游离甲醛含量高,重金属离子的含量超标。这些助剂大多以气体、液体、固体的形态排放而污染环境,严重危害人类的健康,因而,绿色染整加工技术成了近年来科研工作者追求的目标[16]
近二十年来,超临界二氧化碳技术倍受青睐,它是采用二氧化碳来代替以水为介质的染整加工技术,工艺中无需清洗,无需烘干,二氧化碳可循环再利用。该技术可避免大量废水对环保带来严重污染问题。保护了水资源,省去还原清洗和烘干工序,降低了能源消耗,染色过程无有害气体排放,残余染料可循环使用,提高了染料利用率。它不仅无毒、无污染,不易燃烧,而且价格便宜,要求的操作温度和压力都较低,具有许多奇特的性能,以前较多地应用于食品及医药工业上。近几年来,超临界二氧化碳技术在高分子材料合成和加工以及纺织工业上的应用成为科技界关注的热点。下面介绍超临界二氧化碳的性质以及超临界二氧碳技术在染整加工领域的一些应用。
1超临界二氧化碳的性质
常压下,物质在液相和气相间成平衡时,两相的物理性质如粘度、密度、导电度和介电常数等存在显著差别。当压力提高时,这种差别逐渐缩小,当达到某一温度和压力时,两相密度相等,气相和液相之间无明显的界限,而且仅有一相,称为临界状态。此时的温度和压力均称为临界温度和临界压力。超临界流体(SCF)是指在临界温度和临界压力以上的流体。处于超临界状态时,气液两相性质非常接近,以至于无法分辨。超临界流体本身具有如下特性[17]:①其扩散系数比气体小,但比流体高一个数量级;②粘度接近气体;③密度类似液体,压力的细微变化可导致其密度的显著变动;④压力或湿度的改变均可导致相变。由以上特性可以看出,超临界流体兼有液体和气体的双重特性,扩散系数大,粘度小,渗透性好
虽然超临界流体的溶剂性能普遍存在,但实际上由于需要考虑所选择的溶剂是否容易获取、在使用过程中的安全性、化学稳定性及临界条件等一系列因素,因而常用的超临界流体溶剂并不太多。二氧化碳、氨、甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、甲醇,乙醇、***、苯、水等可作为超临界流体的溶剂。但最引人注目、研究最多的还是C02。因为C02纯度高,临界温度和临界压力低(临界温度31℃,临界压力73 x 10 Pa),非易燃易爆,非常稳定,没有腐蚀性,无毒,是随处可得的副产物,如可以通过发酵、燃烧和氨的合成获取,不会带来温室效应[1]。总的来说,二氧化碳表现出了一个典型的类似甲苯的烃类溶剂的特性。超过临界点以后,二氧化碳具有独一无二的理化性质:⑴、扩散系数高,传质速率快;⑵、黏度低,混合性能好;⑶、密度高(相对于气体),介电系数低,能与有机物完全互溶;⑷、对无机物溶解度低,有利于固体分离,而且理化性质容易通过温度和压力的变化
来实现连续变化。超临界二氧化碳流体技术就是利用这些特殊性质而形成的一系列应用技术。
2 超临界二氧化碳用于染色
2. 1 超临界二氧化碳染色原理
超临界二