CO2 Supercritica come solvente
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CO2 Supercritica come solvente

By 4 Gennaio 2016 Aprile 7th, 2024 No Comments

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Le Proprietà della CO2 Supercritica

La CO2 supercritica è caratterizzata da proprietà fisiche miste tra stato gassoso e liquido, che la rendono un ottimo ed efficace solvente apolare, per l’estrazione di soluti aventi una bassa polarità, tanto da poter essere paragonata all’esano. Osservando la tabella sottostante, si può comprendere come, a pressione costante e temperatura crescente le proprietà della CO2 si modificano considerevolmente. In particolare aumenta il volume, mentre densità e viscosità diminuiscono, dunque si ottiene un aumento della capillarità del gas che diventa fluido quando è allo stato supercritico.

Quando la pressione (P) è pari a 80 bar e la temperatura (T) è pari a 31 °C (condizioni evidenziate in arancione), la CO2 si trova di fatto in fase supercritica, non più gassosa.

Temperatura (°C) Densità (kg/m3) Volume (m3) Viscosità (cP) Fase
0 961,94 0,0010396 0,10989 Liquida
20 827,71 0,0012081 0,075717 Liquida
31 679,73 0,0014712 0,05332 Supercritica
40 277,9 0,0035985 0,022345 Supercritica
60 191,62 0,0052186 0,020026 Supercritica
80 160,34 0,0062368 0,020046 Supercritica
100 141,27 0,0070784 0,020481 Supercritica

 

Confronto delle proprietà fisiche di gas, liquidi

 

 Stato gassoso di riferimento Sc CO2 Stato liquido di riferimento
Densità (kg/l) 10-3 da ’10-1  a 1,2 1
Coeff. di diffusività (cm2/s) 10-1 da ’10-3  a ’10-4 < ’10-5
Viscosità (kg/m s) 10-4 da ’10-4  a ’10-5 10-3

 Commento a tabella sopra

Dai dati riportati si evince che la densità del fluido supercritico arriva ad essere uguale in condizioni di temperatura relativamente bassa (30°C circa) e di pressioni elevate anche superiore a quella del liquido. La capacità di solubilizzare è dunque vicina a quella propria di un liquido ed in alcuni casi, anche superiore.  La diffusività si stabilizza su valori intermedi fra liquido e gas. La viscosità, infine, è vicina ai valori dello stato gassoso.

Ne consegue che: le migliori proprietà di trasporto della CO2 supercritica espresse da questi dati, (migliore viscosità e diffusività rispetto a quella di un liquido) dimostrano come la velocità con cui la CO2 supercritica è in grado di interagire con il soluto da estrarre  risulti maggiore rispetto a quella di un solvente organico non in condizioni supercritiche. Dunque la CO2 allo stato liquido/supercritico presenta valori di tensione superficiale e di viscosità assai ridotti, uniti ad un potere solvente elevato, in particolare per composti poco polari o apolari; essa può essere impiegata facilmente a temperatura ambiente (< 32°C) e a pressioni minime di 50-60 bar.

I vantaggi della CO2 Supercritica

Rispetto ai classici solventi organici utilizzati nei processi estrattivi come l’esano, l’anidride carbonica presenta inoltre altri vantaggi come:

  • Non è tossica né per gli addetti ai lavori, né per l’ambiente circostante.
  • Ha un costo basso e può essere facilmente rilasciata in atmosfera, in quanto viene utilizzata CO2 precedentemente concentrata proprio dall’atmosfera, (dunque le emissioni sono nulle).
  • Dopo la solubilizzazione dei composti di interesse, può essere facilmente riconvertita allo stato gassoso ed eliminata o ricircolata nello stesso processo senza ulteriori procedimenti. In questo modo si può ottenere un prodotto finito senza traccia di solventi.
  • Con una Tc (temperatura critica) prossima a quella ambientale i danneggiamenti delle sostanze termolabili sono ridotti e il prodotto finale risulta più valido e sicuro.
  • Saturando con CO2 allo stato supercritico la camera di estrazione in tempi brevi e in assenza di O2, si vanno a inibire tutti i processi ossidativi chimici e biologici che possono alterare la matrice o i composti da estrarre.
  • Essendo un gas a basso peso molecolare, ogni matrice avrà un’alta permeabilità per esso, e quindi il tempo di estrazione sarà più breve rispetto a quello valutato con altri solventi.