超临界二氧化碳在高考化工流程题中的应用案例

超临界二氧化碳（scCO₂）在高考化工流程题中的应用案例，主要围绕其作为绿色溶剂的特性、分离提纯技术及循环利用等核心考点展开。以下是结合高考真题及模拟题特点总结的典型应用场景与解题要点：

一、超临界CO₂在萃取提纯类流程题中的应用

1. 植物有效成分的提取

案例背景：从玉米胚芽中提取玉米胚芽油（参考网页23、24、62）。

流程步骤：

1. 原料预处理：玉米胚芽粉碎→干燥（增加接触面积）。

2. 超临界CO₂萃取：在高压（10-30 MPa）、温度40-60℃条件下，利用scCO₂溶解油脂。

3. 分离与纯化：通过降压/升温使CO₂气化，油脂析出→过滤、蒸馏提纯。

考点分析：

操作目的：粉碎原料（增大接触面积，提高萃取效率）。

条件控制：超临界状态的温度、压力对溶解能力的影响。

环保优势：无有机溶剂残留，符合绿色化学理念。

2. 药物活性成分的提取

案例背景：超临界CO₂辅助喷雾干燥制备药物颗粒（参考网页16）。

流程步骤：

1. 溶解与雾化：API（活性药物成分）与山梨醇共溶于scCO₂-溶剂混合体系。

2. 喷雾干燥：CO₂快速气化，形成多孔颗粒。

3. 收集与重构：颗粒通过滤纸收集，再悬浮于水溶液中。

考点分析：

分离方法：喷雾干燥的原理（快速气化分离溶剂）。

条件优化：CO₂占比对颗粒粒径的影响（如网页16中萘普生颗粒的尺寸控制）。

二、超临界CO₂在反应介质类流程题中的应用

1. 催化反应的溶剂替代

案例背景：scCO₂作为绿色溶剂替代苯、甲醇等有毒溶剂（参考网页24、62）。

流程设计：

1. 反应阶段：在scCO₂中完成酯化、加氢等反应（如维生素E的合成）。

2. 分离阶段：通过降压分离产物与CO₂，CO₂循环使用。

考点分析：

反应条件：温度/压力对反应速率的影响（如网页24中CO₂的溶解能力调节）。

循环利用：CO₂的回收流程设计（分离器→压缩机→储罐）。

2. 材料合成的环境调控

案例背景：制备纳米材料或高分子材料（参考网页16、61）。

流程步骤：

1. 溶解与反应：scCO₂中溶解单体，通过调控压力诱导聚合。

2. 沉淀分离：降压使CO₂逸出，聚合物析出。

考点分析：

条件选择：高压促进单体分散，低温避免热分解。

产物特性：无溶剂残留，产物纯度高的原因（scCO₂的气化特性）。

三、高考真题与模拟题中的高频考点总结

1. 操作目的类

粉碎原料：增大反应接触面积，提高萃取/反应效率。

调节pH：防止金属离子水解沉淀（如Fe³⁺、Al³⁺的分离）。

2. 条件控制类

温度选择：

低温（<100℃）用水浴：防止热敏物质分解。

高温（>100℃）用油浴：促进溶解或反应速率。

压力控制：超临界CO₂的临界参数（31.1℃、7.38 MPa）与溶解能力的关联。

3. 环保与循环类

绿色化学：scCO₂替代有毒溶剂的优点（无毒、可循环）。

副产物处理：CO₂的循环路径设计（如网页16中滤渣的再利用）。

四、典型高考题示例

题目（改编自网页1）：

> 某工艺以重晶石（BaSO₄）为原料制备立德粉（ZnS·BaSO₄），流程如下：

> ①重晶石与焦炭在回转炉中高温反应生成BaS；

> ②“还原料”水浸后与ZnSO₄反应生成立德粉。

> 问题：若用超临界CO₂辅助水浸步骤，可能的作用是什么？

解析：

答案：利用scCO₂的高扩散性，加速BaS的溶解；同时CO₂可调节溶液pH，防止Zn²⁺水解。

考点：分离提纯中的溶剂选择与条件优化。

总结

超临界CO₂在高考化工流程题中常作为环保溶剂、高效分离介质或反应条件优化的核心要素出现，需重点关注其物性特点（如溶解能力、扩散性）与工业应用（如萃取、材料合成）的结合。解题时需结合流程步骤，分析条件控制、操作目的及绿色化学要求。