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超临界水
双击自动滚屏 发布者:zq1229 发布时间:2022/7/4 8:39:49 阅读:266次 【字体:
 
超临界水

临界点、超临界水、氢键增加值、水分子、氢键

   水分子之间的氢键,决定了大部分水的性质。接近临界点时,水中的离子积已经比常态水增加了差不多3个数量级。在临界温度时,饱和水蒸气的氢键增加值,和处于液态水的氢键减少值相等,此时液态水中的氢键占总量的17%左右。可以在不添加催化剂的条件下,进行酸碱自催化反应,也就是说可以直接充当酸碱催化反应的介质。



     于是我们完全可以将超临界水用于水解反应、脱水反应和水合反应。
     如果未来这一技术得到使用,可以有效减少化学反应中产生的杂质,因为在超临界水状态下,无机物质几乎不能溶解,而有机物质却几乎被完全溶解。
     而处于深海中的超临界水,就是水在临界点区域呈现的状态。
     2008年,德国科学家正在对大西洋中部山脊的热液喷口进行考察。
     我们知道,水的临界温度为374.15℃,临界压力为22.05MPa,而这里的水温已经达到464℃,是地球上水温最高的地方。其明显高于临界温度,此时不管该地的压力有多大,气体都不可能液化。
    所以参与考察的安德里亚认为,这是深海中的第四种水,是我们在自然状态下,第一次观测到的超临界水。
    此前基于对超临界流体研究时,科学家就曾在实验室获得过超临界水,所以很早之前,人们就已经了解到超临界水的特性,并试图加以利用。
超临界水的特点
     我们知道,位于水分子之间的氢键,决定了大部分水的性质。
     一般来说,如果温度升高,就会快速降低氢键的数量,由此破坏水在室温下存在的氧四方有序结构。
     但当它属于超临界水的时候,氢键就出现了特殊的性质,不管温度再高,它都不会消失。
水的构成
      科学家对此进行研究,它们发现在临界温度时,饱和水蒸气的氢键增加值,和处于液态水的氢键减少值相等,此时液态水中的氢键占总量的17%左右。
     随后,科学家又发现了超临界水的其他特点。
     第一,比如大家知道“水火不相容”这句俗语吧,但如果是在超临界水中,这一点就不成立了,因为它可以让很多物质在其中燃烧,产生火焰,甚至还可以将很多物质溶解。
     第二,超临界水具有很强的反应活性,以及强大的氧化能力,甚至比高锰酸钾还要强。
     一般只需要将需要处理的物质放入超临界水中,然后向其中加入氧和过氧化氢,随后这些物质很快就会被氧化和水解。
     第三,超临界水具有强腐蚀性,它几乎可以将所有金属都腐蚀,包括黄金,其腐蚀强度,比王水还要厉害。
     第四,超临界水还具有极强的催化能力,所以物质在其中的化学反应会变得极快,几乎是在其他状态下的100倍。
超临界水的作用
     于是根据超临界水的特点,我们完全可以将其充分利用起来。
     目前,我们对超临界水,可以应用于制作反应容器、预热器、冷却装置等等
     超临界水在化学反应中,既可以作为反应介质,又可以直接参与反应。
     通过改变温度和压力,可以使得超临界水操控反应环境,协调反应速率、化学平衡等,所以它可以作为一种良好的溶剂来使用。
     根据前面提到的超强反应活性,我们可以将其应用于化学反应中,使得物质能够反应得更彻底。
     科学家经过实验证明,超临界水可以在不添加催化剂的条件下,进行酸碱自催化反应,也就是说可以直接充当酸碱催化反应的介质。
     因为当接近临界点时,水中的离子积已经比常态水增加了差不多3个数量级。
     于是我们完全可以将超临界水用于水解反应、脱水反应和水合反应。
     如果未来这一技术得到使用,可以有效减少化学反应中产生的杂质,因为在超临界水状态下,无机物质几乎不能溶解,而有机物质却几乎被完全溶解。
利用超临界水去除杂质
     利用这一现象,我们可以将其发展为超临界水氧化技术(SCWO)。
     在将垃圾进行填埋和堆放的过程中,有机物会分解出水,并其中含有的游离水和降雨、径流和地下渗水,会极大地污染周边的水资源。
     因此此时我们就可以将超临界水作为垃圾过滤液,减少这些废水的排放。
    此外在污泥中,也存在很多有机物、氧化剂和水,使用超临界水就可以将三者形成均一的相。
     由此就可以克服相间的物质传输阻力,最终在短时间内彻底破坏污泥中的有机成分,将污泥变废为宝。
    另外在其他废弃、废水和固体废弃物中,应用超临界水也可以将其中含有的各种有毒化学物质清除掉。
     这样不仅可以增强化学物质的安全性,还可以有效减少附加污染物。
     不过现在这一技术还有一些问题,需要我们重点考虑。
     因为我们前面也讲到,超临界水具有很强的腐蚀性,所以在我们在使用它的过程中,如何制造具有强大抗腐蚀能力的材料就很重要。
     并且,虽然水的成本不高,但是要应用这一技术,就需要在高温、高压和高含氧量的环境下进行
     我们需要高昂的经济投入,才能对这一技术进行进一步的研究和开发。
     现在,科学家们对自然环境下的超临界水还在继续研究。
     由于热液喷口的高温高压,使得钻头几乎在靠近它时就已经融化,所以至今我们都没有办法开采超临界水的样本。
     不过我们相信,随着技术的进步和研究的深入,我们或许可以利用超临界水创造一场新的技术革新,最终将其应用到实际生活中。
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