超臨界流體技術(shù)制備微細顆粒的方法及裝置

更新時間：2025-03-12 點擊次數(shù)：1228

超臨界流體技術(shù)制備微細顆粒的方法及裝置主要涉及以下幾種：

一、制備方法

超臨界溶液快速膨脹法（RESS）

原理：利用超臨界流體的性質(zhì)對溫度和壓力變化十分敏感這一特性，改變溫度和壓力可以顯著地改變超臨界流體的溶劑化能力。先將溶質(zhì)溶解于一定溫度和壓力的超臨界流體中，然后使超臨界溶液在非常短的時間內(nèi)（1015s）通過一個特制的噴嘴（2580μm）進行減壓膨脹，并形成一個以音速傳遞的機械擾動。由于在很短的時間內(nèi)溶液達到高度過飽和狀態(tài)（過飽和度可達108），使溶質(zhì)在瞬間形成大量的晶核，并在較短的時間內(nèi)完成晶核的生長，從而生成大量微小的、粒度分布均勻的超細微粒。

特點：RESS的顯著特點是快速推進的機械擾動和快速降壓所產(chǎn)生的高過飽和度，這使得微粒粒度均一、粒徑分布較窄。同時，由于超臨界流體在常態(tài)下通常為氣體，因而所獲得的產(chǎn)品中溶劑的殘留極少。

限制：溶質(zhì)在超臨界流體中要有一定的溶解度是制備微粒的必要條件，這一點限制了RESS的應(yīng)用。此外，RESS過程中超臨界流體的消耗量比較大、成本高。

超臨界流體抗溶劑技術(shù)（SAS）

原理：當(dāng)溶液溶解了一定的氣體之后，就會發(fā)生溶脹。特別是當(dāng)溶液被氣體有效地溶脹之后，對溶質(zhì)就不再具有良好的溶解能力，造成溶質(zhì)成核析出。

發(fā)展：早在1954年就有關(guān)于氣體抗溶劑的描述。隨后經(jīng)過幾十年的發(fā)展，以SAS技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展出許多新過程。

應(yīng)用：可用于制備無機物、有機物、藥物、高分子聚合物等方面的細顆粒。

氣體飽和溶液微粒形成技術(shù)（PGSS）

原理：超臨界流體（廣義理解為氣體）溶解入液體溶液中形成飽和溶液，溶有超臨界流體的飽和溶液快速經(jīng)過噴嘴，在短時間內(nèi)減壓，導(dǎo)致溶質(zhì)以較細顆粒結(jié)晶析出，形成超細微粒。

特點：PGSS技術(shù)可以避免使用溶劑或少量使用有機溶劑，且超臨界流體的消耗量相對RESS大大減少。同時，PGSS的過程簡單而具有更加廣泛的用途，多種物質(zhì)（液滴、固體材料、液體溶液、懸浮液等）均能用PGSS處理。

復(fù)雜性：PGSS過程影響因素比較復(fù)雜，具有超臨界條件、多相變化、高速湍流和噴嘴微細結(jié)構(gòu)等特點。其實驗研究的過程規(guī)律和模型研究的參數(shù)影響還不是很清晰，并且影響微粒形態(tài)的因素很多而且相互牽制，對于不同體系表現(xiàn)不同的影響規(guī)律。

二、制備裝置

超臨界細微粒制備裝置通常包括以下幾個主要部分：

高壓容器或設(shè)備：用于容納超臨界流體和溶質(zhì)，并確保其在特定的壓力和溫度下轉(zhuǎn)化為超臨界狀態(tài)。

加熱和冷卻系統(tǒng)：用于控制流體的溫度，使其達到或維持在超臨界狀態(tài)。

增壓和減壓系統(tǒng)：用于改變流體的壓力，以實現(xiàn)超臨界狀態(tài)的轉(zhuǎn)化和微粒的制備。

噴嘴：是制備裝置的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)和尺寸直接影響微粒的形態(tài)和尺寸分布。噴嘴通常具有微小的孔徑，以確保流體在通過時能夠迅速減壓并形成微粒。

收集系統(tǒng)：用于收集制備好的微粒，并進行后續(xù)的分離和純化。

以連續(xù)操作的氣體抗溶劑結(jié)晶過程（GAS）實驗裝置為例，其裝置包括：

CO2泵：用于將CO2送到結(jié)晶器的頂部。

結(jié)晶器：安裝在一空氣浴內(nèi)，其溫度由控溫儀、加熱器和循環(huán)風(fēng)扇來調(diào)節(jié)。結(jié)晶器內(nèi)設(shè)有玻璃筒和金屬過濾板，用來收集微粒。

分離器：安裝在結(jié)晶釜后，溫度由水浴循環(huán)實現(xiàn)控制。流體混合物離開結(jié)晶器后，在分離器內(nèi)降壓。

預(yù)熱器：用于預(yù)熱從CO2高壓泵輸出的CO2，使其在進入結(jié)晶器時達到適當(dāng)?shù)臏囟取?nbsp;