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과열된 물의 화학적 기적: 그것이 어떻게 산업 반응에 이상적인 용매가 되었을까?
과열수는 100°C에서 374°C(705°F) 사이의 액체 물로, 압력 하에서 안정을 유지하고 끓을 수 없으며, 종종 "아임계수" 또는 "초임계수"라고 합니다. 가압된 뜨거운 물. 과열수는 특별한 물리적, 화학적 특성으로 인해 점차 산업 및 분석 응용 분야에 이상적인 용매가 되고 있으며, 전통적인 유기 용매를 대체할 수 있어 환경 보호에 큰 이점을 가져올 것입니다.
과열된 물은 화학 반응에서 용매, 시약, 촉매로 작용할 수 있는 능력을 포함하여 많은 고유한 특성을 보입니다.
속성 및 온도 변화
물의 속성은 온도가 변함에 따라 변하지만, 과열된 물은 일반적으로 예상되는 것보다 훨씬 더 극적으로 변합니다. 물의 온도가 상승함에 따라 점도와 표면 장력은 감소하고, 확산성은 온도에 따라 증가합니다. 게다가 물의 자동 이온화는 온도가 증가함에 따라 증가하여 250°C에서 pKw가 11에 가까워지는데, 이는 수소 이온 농도와 수산화물 농도가 모두 상당히 증가하는 반면 pH는 중성으로 유지됨을 나타냅니다.
비정상적인 행동에 대한 설명
물은 양전하와 음전하 중심이 분리된 극성 분자로, 이로 인해 물 분자가 전기장에 반응할 수 있습니다. 그러나 물 속의 강력한 수소 결합 네트워크는 이러한 분자의 배열을 제한합니다. 과열 조건 하에서 수소 결합의 지속적인 파괴로 인해 물의 비유전율이 크게 떨어지면서 염을 용해하는 능력은 감소하지만 특정 온도 범위 내에서 유기 화합물을 용해하는 능력은 크게 증가합니다.
용해도 개선
유기화합물
과열된 물에서 유기 분자의 용해도는 온도가 증가함에 따라 극성 변화가 일어나서 다환방향족 탄화수소(PAH)와 같이 용해되지 않는 물질이 225°C에서 더 용해되기 때문에 부분적으로 극성 변화가 일어나기 때문에 극성이 변하기 때문에 용해도가 증가합니다. 5배나 높아서 유기 화합물을 처리할 때 다른 용매보다 과열된 물이 더 유리합니다.
소금
과열된 물의 비유전율은 감소하지만 많은 염은 임계점에 도달하기 전까지 용해성을 유지합니다. 예를 들어, 300°C에서 염화나트륨의 용해도는 37중량%에 이릅니다. 그러나 임계점에 접근하면 이들 염의 용해도는 급격히 떨어집니다.
가스
일반적으로 기체의 물에 대한 용해도는 온도가 증가함에 따라 감소하지만, 특정 임계 온도 이전에는 그렇지 않습니다. 실제로 질소나 산소와 같은 기체는 90°C 이상의 과열된 물에 다시 용해될 수 있으므로 습식 산화 공정에 매우 귀중합니다.
신랄한과열된 물은 실온의 물보다 부식성이 더 강할 수 있으며, 특히 300°C 이상에서는 특수 내식성 합금 재료를 사용해야 합니다. 그럼에도 불구하고, 일부 보고서에 따르면 탄소강 파이프는 282°C에서 20년간 지속적으로 사용되었지만 부식은 경미한 수준이었다고 합니다.
스트레스의 영향300°C 이하에서는 물은 상대적으로 압축되지 않으며 압력은 물리적 특성에 제한적인 영향을 미칩니다. 과열수의 압력은 추출 속도에 직접적인 영향을 미치고 식물성 재료의 추출 과정도 가속화할 수 있으므로, 과열수는 산업적 응용 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있습니다.
에너지 요구 사항
물을 가열하는 데 필요한 에너지는 물을 증기로 바꾸는 데 필요한 에너지보다 훨씬 낮아 증류 과정에서 경제적입니다. 1000kg의 물을 25℃에서 250℃로 가열하는 데 필요한 에너지는 증발을 늘리는 데 필요한 에너지보다 훨씬 적습니다.
추출 및 반응
과열된 물은 다양한 산업 반응에서 좋은 성능을 발휘하며 유기 화합물의 산화 과정을 효과적으로 수행할 수 있습니다. 산소량이 낮을 경우 유기 화합물은 과열된 물에서도 안정적으로 유지되므로 친환경 화학 반응에 이상적입니다.
크로마토그래피 분석
역상 액체 크로마토그래피에서는 물과 메탄올의 혼합물이 이동상으로 자주 사용됩니다. 과열수로 전환하면 넓은 온도 범위에서 분리가 가능하여 좋은 분석 결과를 얻을 수 있습니다.
과열수는 무한한 잠재력을 가지고 있으며, 오늘날의 응용 분야는 의심할 여지 없이 빙산의 일각에 불과합니다. 미래에 환경적, 산업적 가치를 어떻게 더욱 확대할 수 있을까요?
