二氧化碳

超臨界二氧化碳 (Supercritical carbon dioxide)
臺北市立第一女子高級中學二年級陳郁欣/臺北市立第一女子高級中學化學科許名智老師

超臨界流體簡介

物質通常具有大家所熟知的固、液、氣三相，但當溫度及壓力都大於其臨界溫度及臨界壓力時，液體和氣體之間沒有明顯的界面，形成既非氣相也非液相的另一種均勻相，稱為超臨界相。

一般而言，超臨界流體具有低黏度、高密度、高擴散性和低表面張力等介於氣、液相之間的物理性質。例如，因為黏度接近氣體且擴散係數比液體高10至100倍，在輸送上較液體容易也迅速。密度接近於液體，因此可輸送比氣體更多的超臨界流體。此外，因為幾乎沒有表面張力，使之容易滲入多孔性組織中。在化學性質上，超臨界流體也與氣、液態時有所不同。例如，二氧化碳在氣體狀態下不具萃取能力，但進入超臨界狀態後，二氧化碳變成親有機性，因此產生隨溫度及壓力而不同的溶解有機物的能力。

圖片來源：楊顯整（2009），「超臨界綠色技術之概述」，綠基會通訊，第7頁。

超臨界二氧化碳

目前超臨界流體技術的應用範圍包括萃取、分離、清洗、染色、純化、奈米顆粒形成與化學反應等。

超臨界二氧化碳具無毒、無色、無臭、費用低、無殘留、不可燃性、無廢水處理問題、化學穩定性佳及易達到臨界點（Pc＝72.8 atm, Tc＝31.1 ℃）等優點，是一種「乾淨」的溶劑，因此最常被使用。

(1) 去除咖啡中的咖啡因

先利用乾燥的超臨界二氧化碳，萃取經焙炒過的咖啡豆中的香味成分，再利用含有水分的超臨界二氧化碳，將咖啡豆中的咖啡因取出，最後將先前萃取出的咖啡香味放回不含咖啡因的咖啡豆中。由以上步驟可以發現，超臨界二氧化碳因為有高滲透力與低表面張力，而可深入咖啡豆內部。另外，因此也顯示我們可以藉由改變二氧化碳的物理及化學性質，來改變其溶解能力及對溶質的選擇性。

超臨界流體之應用（Supercritical Fluid Applications）
臺北市立第一女子高級中學一年級梁懿貴

氣體可藉由加壓使其液化，氣體的溫度越高，所需的壓力也就會越大。但是當氣體的溫度到達一定的程度時，會出現任何壓力都沒辦法使氣體液化的現象，而此液化的上限溫度稱為臨界溫度。在此臨界溫度下，使氣體液化的最低壓力則稱為臨界壓力。當流體的壓力與溫度都高於臨界溫度與臨界壓力時，會呈現一種無法區分液體、氣體的物質狀態，稱為超臨界流體（Supercritical Fluid）。

超臨界流體的密度一般都介於0.1到1.0g/ml之間，其物理性質界於氣、液相間，具有氣體的可壓縮性和高擴散性，及液體的流動性和溶解能力，並兼具低黏度、低表面張力的特性，因此容易滲入到多孔性組織中。除此之外，當流體接近臨界點時，微小的溫度或壓力變化都可使密度產生改變，使得超臨界流體具有可被微調的特性。而其化學性質則異於其氣、液相，例如二氧化碳在氣體狀態下並不具有萃取能力，但當進入超臨界狀態後，卻具有溶解有機物的能力。