کاربرد آب زیر دمای بحرانی به عنوان حلال در فرایند استخراج

محورهای موضوعی : شیمی تجزیه

پویا متحدین ¹ (دانشجوی دکترای مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه سمنان، سمنان. ایران)
علی حقیقی اصل ² (دانشیار مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران)

تاریخ دریافت : 1392/06/01 تاریخ پذیرش : 1392/08/01 تاریخ انتشار : 1392/09/01

کلید واژه: مدل‌سازی, آب زیر دمای بحرانی, استخراج, حلالیت,

چکیده مقاله :

ببیش از یک دهه است که از آب زیر دمای بحرانی به عنوان حلال برای استخراج ترکیب‌های آلی متنوع استفاده می‌شود. آب زیر دمای بحرانی مزایای زیادی نسبت به روش‌هایی دارد که از حلال‌های آلی برای حل ترکیب‌های آلی آب گریز استفاده می‌کنند. در این مقاله، پیشرفت‌های گزارش شده در منابع علمی درباره فرایندهای آب زیر دمای بحرانی مرور می‌شود. این مقاله‌ها شامل مطالعه‌های انجام شده در مورد استخراج با آب زیر دمای بحرانی، اندازه‌گیری حلالیت ترکیب‌های آلی در آب زیر دمای بحرانی و استفاده از داده‌های انحلال پذیری در مدل‌سازی است. هم‌چنین عامل‌های مؤثر بر کارایی استخراج با آب زیر دمای بحرانی شامل دما، ساختار شیمیایی عصاره، سینتیک استخراج، دبی جریان، تخریب، فشار و pH بررسی شده و انواع روش‌های مدل‌سازی حلالیت ترکیب‌های آلی در آب زیر دمای بحرانی از قبیل مدل‌های تجربی و نیم تجربی، مدل محلول منظم (RST)، مدل ثابت دی الکتریک، معادلات حالت و مدل‌های بر پایه ضرایب فعالیت کاربردی (UNIFAC) شرح داده شده است.

منابع و مأخذ:

[1] Curren, M.S.S.; King, J.W.; Analytical Chemistry, 73(4), 740–745, 2001.
[2] Fernández-Prini, R.J.; Corti, H.R.; Japas, M.L.; High-Temperature Aqueous Solutions:Thermodynamic Properties, CRC Press, Boca Raton, 1991.
[3] IAPWS, Release on the static dielectric constant of ordinary water substance for temperatures from 238 K to 873 K and pressures up to 1000 MPa. http://www.iapws.org/, 1997.
[4] Miller, D.J.; Hawthorne, S.B.; Gizir, A.M.; Clifford, A.A.; Journal of Chemical and Engineering, 43(6), 1043–1047, 1998.
[5] Karásek, P.; Planeta, J.; Roth, M.; Journal of Chemical and Engineering, 54(5), 294–301, 2009.
[6] Khuwijitjaru, P.; Adachi, S.; Matsuno, R.; Bioscience Biotechnology and Biochemistry, 66(8), 1723–1726, 2002.
[7] Miller, D.J.; Hawthorne, S.B.; Analytical Chemistry, 70(8), 1618–1621, 1998.
[8] Karásek, P.; Planeta, J.; Roth, M.; Journal of Chemical and Engineering, 51(2), 616–622, 2006.
[9] Jiménez-Carmona, M.M.; Manclús, J.J.; Montoya, A.; de Castro, M.D.L.; Journal of Chromatography A., 785(1–2), 329–336, 1997.
[10] Priego-López, E.; Luque de Castro, M.D.; Talanta, 58(2), 377–385, 2002.
[11] Fernández-Pérez, V.; Jiménez-Carmona, M.M.; Luque de Castro, M.D.; Analytica Chimica Acta, 433(1), 47–52, 2001.
[12] Teo, C.C.; Tan, S.N.; Yong, J.W.H.; Hew, C.S.; Ong, E.S.; Journal of Chromatography A., 1217(16), 2484–2494, 2010.
[13] Hawthorne, S.B.; Yang, Y.; Miller, D.J.; Analytical Chemistry, 66(18), 2912–2920, 1994.
[14] Fernández-González, V.; Concha-Gra˜na, E.; Muniategui-Lorenzo, S.; López-Mahía, P.; Prada-Rodríguez, D.; Journal of Chromatography A., 65–72, 1196–1197, 2008.
[15] Moreno, E.; Reza, J.; Trejo, A.; Polycyclic Aromatic Compounds., 27(4), 239–260, 2007.
[16] Dadkhah, A.A.; Akgerman, A.; Journal of Hazardous Materials, 137(1), 518–526, 2006.
[17] Perraudin, E.; Budzinski, H.; Villenave, E.; Analytical and Bioanalytical Chemistry, 383(1), 122–131, 2005.
[18] Kronholm, J.; Kalpala, J.; Hartonen, K.; Riekkola, M.-L.; Journal of Supercritical Fluids, 23(2), 123–134, 2002.
[19] Kronholm, J.; Revilla-Ruiz, P.; Porras, S.P.; Hartonen, K.; Carabias-Martínez, R.; Riekkola, M.-L.; Journal of Chromatography A., 1022(1–2), 9–16, 2004.
[20] Yang, Y.; Hildebrand, F.; Analytica Chimica Acta, 555(2), 364–369, 2006.
[21] Kalderis, D.; Hawthorne, S.B.; Clifford, A.A.; Gidarakos, E.; Journal of Hazardous Materials, 159(2–3), 329–334, 2008.
[22] Priego-López, E.; Luque de Castro, M.D.; Analytica Chimica Acta, 511(2), 249–254, 2004.
[23] Hashimoto, S.; Watanabe, K.; Nose, K.; Morita, M.; Chemosphere, 54(1), 89–96, 2004.
[24] Rodil, R.; Popp, P.; Journal of Chromatography A., 1124(1–2), 82–90, 2006.
[25] Chienthavorn, O.; Pengpumkiat, S.; Noomhorm, A.; Smith, R.M.; Journal of Chromatography A., 1152(1–2) 268–273, 2007.
[26] Bavel, B.; Rappe, C.; Hartonen, K.; Riekkola, M.; The Analyst., 124(9), 1351–1354, 1999.
[27] Ibanez, E.; Kubatova, A.; Senorans, F.J.; Cavero, S.; Reglero, G.; Hawthorne, S.B.; Journal of ricultural and Food Chemistry, 51(2), 375–382, 2003.
[28] Anekpankul, T.; Goto, M.; Sasaki, M.; Pavas

ant, P.; Shotipruk, A.; Separation and Purification Technology, 55(3), 343–349, 2007.
[29] Eikani, M.H.; Golmohammad, F.; Rowshanzamir, S.; Journal of Food Engineering, 80(2), 735–740, 2007.
[30] Guclu-Ustundag, O.; Mazza, G.; LWT – Food Science andTechnology, 80(2), 1028, 2007.
[31] Ho, C.H.L.; Cacace, J.E.; Mazza, G.; LWT – FoodScience and Technology, 40(9), 1637–1647, 2007.
[32] Rodriguez-Meizoso, I.; Marin, F.R.; Herrero, M.; Senorans, F.J.; Reglero, G.; Cifuentes, A.; Ibanez, E.; Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 41(5), 1560–1565, 2006.
[33] Ozel, M.Z.; Gogus, F.; Lewis, A.C.; Food Chemistry, 82(3), 381–386, 2003.
[34] Ibanez, E.; Oca, A.; de Murga, G.; López-Sebastián, S.; Tabera, J.; Reglero, G.; Journal of Agricultural and Food Chemistry, 47(4), 1400–1404, 1999.
[35] Barbero, G.F.; Palma, M.; Barroso, C.G.; Journal of Agricultural and Food Chemistry, 54(9), 3231–3236, 2006.
[36] Ju, Z.; Howard, L.; Journal of Food Science, 70(4), S270–S276, 2005.
[37] Deng, C.; Yao, N.; Wang, A.; Zhang, X.; Analytica Chimica Acta, 536(1–2), 237–244, 2005.
[38] Deng, C.; Li, N.; Zhang, X.; Journal of Chromatography A., 1059(1–2), 149–155, 2004.
[39] Kiathevest, K.; Goto, M.; Sasaki, M.; Pavasant, P.; Shotipruk, A.; Separation and Purification Technology, 66(1), 111–117, 2009.
[40] Hata, S.; Wiboonsirikul, J.; Maeda, A.; Kimura, Y.; Adachi, S.; Biochemical Engineering Journal, 40(1), 44–53, 2008.
[41] Smith, R.M.; Cheinthavorn, O.; Wilson, I.D.; Wright, B.; Taylor, S.D.; Analytical Chemistry, 71, 4493–4497, 1999.
[42] Holliday, R.L.; King, J.W.; List, G.R.; Industrial and Engineering Chemistry Research, 36(3), 932–935, 1997.

[43] Dadkhah, A.A.; Akgermanm, A.; Journal of Hazardous Materials B., 137, 518–526, 2006.
[44] Saim, N.; Osman, R.; Yasin, W.; Hamid, R.; Malaysian Journal of Analytical Sciences, 12(1), 2008.
[45] Baek, J.; Lee, J.; Lee, S.; Separation and Purification Technology, 63, 661–664, 2008.
[46] Ghoreishi, S.M.; Gholami-Shahrestani, R.; Journal of Food Engineering, 93, 474–481, 2009.

[47] مریم خواجه نوری، علی حقیقی اصل، فرامرز هرمزی، کاربردهای استخراج با آب زیر دمای بحرانی، مجله مهندسی شیمی ایران، سال هفتم، شماره سی و سوم (1387).
[48] مریم خواجه نوری، علی حقیقی اصل، بررسی شیوه‌های جدید استخراج از شبکه‌های جامد، اولین کنفرانس علوم و مهندسی جداسازی، 31-29 اردیبهشت ماه (1388).
[49] ندا بدرخانی، مریم خواجه نوری، علی حقیقی اصل، بررسی شیوه‌های میکرواستخراج جامد و مایع برای آنالیز مواد دارویی، سومین کنفرانس علوم و مهندسی جداسازی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، 15-13 اردیبهشت (1391).

[50] Khajenoori, M.; Haghighi-Asl, A.; Hormozi, F.; Eikani, M.H.; Noori-Bidgoli, H.; Journal of Food Process Engineering, 32, 804–816, 2009.
[51] Khajenoori, M.; Haghighi-Asl, A.; Hormozi, F.; Chinese Journal of Chemical Engineering, 17(3), 359–365, 2009.
[52] Khajenoori, M.; Haghighi-Asl, A.; Eikani, M.H.; Modeling of superheated water extraction of essential oils, 13th Iranian National Chemical Engineering Congress & 1st International Regional Chemical and Petroleum Engineering, Kermanshah, Iran, 25-28 October (2010).

[53] مریم خواجه نوری، علی حقیقی اصل، بررسی مدل‌های سینتیکی استخراج با CO2 فوق بحرانی از دانه‌های روغنی، مجله علمی ترویجی مهندسی شیمی ایران، شماره 65، صفحه 68-86، اسفندماه (1391).
[54] م. خواجه نوری، ندا بدرخانی، علی حقیقی اصل، بررسی انتقال جرم و مدل سازی‌های حلالیت در استخراج با آب زیر دمای بحرانی، مجله علمی ترویجی مهندسی شیمی ایران، در نوبت چاپ اسفند (1392).

[55] Khajenoori, M.; Haghighi-Asl, A.; Noori-Bidgoli, H.; IJE TRANSACTIONS B: Applications, 26(5), 489-494, 2013.
[56] Badrkhani, N.; Khajenoori, M.; Haghighi-Asl, A.; Journal of Applied Reasearch in Chemistry, In press.

[57] م. خواجه نوری، علی حقیقی اصل، محمد حسن ایکانی، مدلسازی فرایند استخراج با آب دمای زیر بحرانی، مجله علمی پژوهشی مدلسازی در مهندسی، سال یازدهم، شماره 32، بهار (1392).

[58] Budrat, P.; Shotipruk, A.; Separation and Purification Technology, 66, 125–129, 2009.
[59] Pourali, O.; Salak Asghari, F.; Yoshida, H.; Journal of Food Engineering, 95, 510–516, 2009.
[60] Mortazavi, S.V.; Eikani, M.H.; Mirzaei, H.; Jafari, M.; Golmohammad, F.; food and bioproducts processing, 88, 222–226, 2010.
[61] Carr, A.G.; Mammucari, R.; Foster, N.; Journal of Supercritical Fluids, 55(1), 37–42, 2010.
[62] Srinivas, K.; King, J.W.; Howard, L.R.; Monrad, J.K.; Journal of Food Engineering, 100, 208–218, 2010.
[63] Askin, R.; Sasaki, M.; Goto, M.; food and bioproducts processing, 88, 291–297, 2010.
[64] He, L.; Zhang, X.; Xu, H.; Xu, Ch.; Yuan, F.; Knez, Z.; Novak, Z.; Gao, Y.; food and bio products processing, 2011.
[65] Chang, M.S.; Shen, J.Y.; Yang, Sh.; Wu, G.J.; Journal of Hazardous Materials, 192, 1203– 1209, 2011.
[66] Ko, M.; Cheigh, Ch.; Cho, S.; Chung, M.; Journal of Food Engineering, 102, 327–333, 2011.
[67] Hardman, J.G.; Limbird, L.E.; Goodman and Gilman’s the Pharmacological Basisof Therapeutics. 10th edn., McGraw-Hill, New York, 2001.
[68] Coym, J.W.; Dorsey, J.G.; Journal ofChromatography A., 1035(1), 23–29, 2004.
[69] Coym, J.W.; Dorsey, J.G.; Analytical Letters, 37(5), 1013–1023, 2004.
[70] Ramos, L.; Kristenson, E.M.; Brinkman, U.A.T.; Journal of Chromatography A., 975(1), 3–29, 2002.
[71] Ong, E.; Cheong, J.; Goh, D.; Journal of Chromatography A., 1112(1–2), 92–102, 2006.
[72] Kubátová, A.; Jansen, B.; Vaudoisot, J.-F.; Hawthorne, S.B.; Journal of Chromatography A., 975(1), 175–188, 2002.
[73] Windal, I.; Miller, D.J.; De Pauw, E.; Hawthorne, S.B.; Analytical Chemistry, 72(16), 3916–3921, 2000.
[74] Hawthorne, S.B.; Galy, A.B.; Schmitt, V.O.; Miller, D.J.; Analytical Chemistry, 67(15), 2723–2732, 1995.
[75] Kritzer, P.; Journal of Supercritical Fluids, 29(1–2), 1–29, 2004.
[76] Lamoolphak, W.; Goto, M.; Sasaki, M. Suphantharika, M.; Muangnapoh, C.; Prommuag, C.; Shotipruk, A.; Journal of Hazardous Materials, 137(3), 1643–1648, 2006.
[77] Khuwijitjaru, P.; Fujii, T.; Adachi, S.; Kimura, Y.; Matsuno, R.; Chemical Engineering Journal, 99(1), 1–4, 2004.
[78] Sasaki, M.; Fang, Z.; Fukushima, Y.; Adschiri, T.; Arai, K.; Industrial and EngineeringChemistry Research, 39(8), 2883–2890, 2000.
[79] Sereewatthanawut, I.; Prapintip, S.; Watchiraruji, K.; Goto, M.; Sasaki, M.; Shotipruk, A.; Bioresource Technology, 99(3), 555–561, 2007.
[80] Herrera, M.C.; Prados-Rosales, R.C.; Luque-García, J.L.; Luque deCastro, M.D.; Analytica Chimica Acta, 463(2), 189–197, 2002.
[81] Morales-Mu˜noz, S.; Luque-García, J.L.; Luque de Castro, M.D.; Analytical Chemistry, 74(16), 4213–4219, 2002.
[82] Gámiz-Gracia, L.; Luque de Castro, M.D.;Talanta, 51(6), 1179–1185, 2000.

[83] Ollanketo, M.; Peltoketo, A.; Hartonen, K.; Hiltunen, R.; Riekkola, M.-L.; European Food Research and Technology 215(2), 158–163, 2002.
[84] Rovio, S.; Hartonen, K.; Holm, Y.; Hiltunen, R.; Riekkola, M.L.; Journal of Flavour and Fragrance,14(6), 399–404, 1999.
[85] Wang, L.; Yang, H.; Zhang, C.; Mo, Y.; Lu, X.; AnalyticaChimica Acta 619 (2008) 54–58.
[86] Carr, A.; Mammucari, R.; Foster, N.; Industrial and Engineering Chemistry Research, 49(7), 3403–3410, 2010.
[87] King, J.W.; Comptes Rendus Chimie, 7, 647–659, 2004.
[88] Yeo, S.D.; Kiran, E.; Journal of Supercritical Fluids, 34(3), 287–308, 2005.
[89] Date, A.A.; Patravale, V.B.; Current Opinion in Colloid and Interface Science, 9(3–4), 222–235, 2004.
[90] Carr, A.; Mammucari, R.; Foster, N.; Controlled precipitation of hydrophobicpharmaceuticals in subcritical water, in: International Symposium of SupercriticalFluids, Arcachon, France, 2009.
[91] McHugh, R.M.A.; Krukonis, V.J.; Supercritical Fluid Extraction, Elsevier, Amsterdam, 2, 1994.
[92] Keerthi Srinivas, Jerry W.; King, Luke R.; Howard, Jeana K.; Monrad, Journal of Food Engineering 100 (2010) 208–218.
[93] Heryanto, R.; Hasan, M.; Abdullah, E.C.; Kumoro, A.C.; Science Asia, 33, 469–472, 2007.
[94] Wang, S.; Chen, D.; Korean J. Chem. Eng. 23 (6), 1034–1036, 2006.
[95] del Valle, J.M.; de la Fuente, J.C.; King, J.W.; Correlation for the variation with temperature of solute solubilities in hot pressurized water, Proceedings of the VII Iberoamerican Conference on Phase Equilibria and Fluid Properties for Process Design (Equifase 2006) Morelia, Michoacan, Mexico, October 21–25 pp. 142, 2006.
[96] Karasek, P.; Planeta, J.; Roth, M.; Industrial & Engineering Chemistry Research, 45, 4454-4460, 2006.
[97] Prausnitz, J.M.; Molecular Thermodynamics of Fluid-Phase Equilibria, 3rd ed.; Prentice-Hall Inc.: Upper Saddle River, NJ, 1999.
[98] Fedors, R.F.; Polymer Eng. Sci., 14, 147-154, 1974.
[99] Hansen, C.M.; Industrial and Engineering Chemistry Product Research and Development, 8, 2-11, 1969.
[100] Srinivas, K.; King, J.W.; Hansen, C.M.; Prediction and Modeling of Solubility Phenomena in Subcritical Fluids Using an Extended Solubility Parameter Approach, ACS-AIChE National Meeting, Spring April 6–10, 2008, New Orleans, Louisiana.
[101] Akerlof, G.; J. American Chemical Society, 54(11), 4125–4139, 2002.
[102] Economou, I.G.; Ind. Eng. Chem. Res., 41, 953, 2002.
[103] Kontogeorgis, G.M.; Michelsen, M.L.; Folas, G.K.; Derawi, S.; von Solms, N.; Stenby, E.H.; Ind. Eng. Chem. Res., 45, 4855, 2006.
[104] Kontogeorgis, G.M.; Michelsen, M.L.; Folas, G.K.; Derawi, S.; von Solms, N.; Stenby, E.H.; Ind. Eng. Chem. Res., 45, 4869, 2006.
[105] Oliveira, M.B.; Coutinho, J.A.P.; Queimada, A.J.; Fluid Phase Equilib., 258, 58, 2007.
[106] Folas, G.K.; Kontogeorgis, G.M.; Michelsen, M.L.; Stenby, E. H. Ind. Eng. Chem. Res., 45, 1527, 2006.
[107] Kontogeorgis, G.M.; Yakoumis, I.V.; Meijer, H.; Hendriks, E.; Moorwood, T.; Fluid Phase Equilib., 160, 201, 1999.
[108] Voutsas, E.C.; Boulougouris, G.C.; Economou, I.G.; Tassios, D. P.; Ind. Eng. Chem. Res., 39, 797, 2000.

[109] Derawi, S.O.; Michelsen, M.L.; Kontogeorgis, G.M.; Stenby, E.H.; Fluid Phase Equilib., 209, 163, 2003.
[110] Derawi, S.O.; Kontogeorgis, G.M.; Michelsen, M.L.; Stenby, E.H. Ind. Eng. Chem. Res., 42, 1470, 2003.
[111] Oliveira, M.B.; Varanda, F.R.; Marrucho, I.M.; Queimada, A.J.; Coutinho, J.A.P.; Ind. Eng. Chem. Res., 47, 4278, 2008.
[112] Gonza`lez, H.E., Abildskov, J.; Gani, G.; AIChE Journal, 53 (6), 2007.
[113] Fornari, T., Stateva, R.P., Señorans, F.J., Reglero G., Ibañez E., J. Supercritical Fluids, 46, 245-251, 2008.
[114] Fredenslund, A.; Jones, R.L.; Prausnitz, J.M.; AIChE Journal, 21, 1086-1099, 1975.
[115] Gmehling, J.; Li J.; Schiller, M.; Ind. Eng. Chem. Res., 32, 178-193, 1993.
[116] Mengarelli, A.C.; Brignole, E.A.; Bottini, S.B.; Fluid Phase Equilibria, 163, 195–207, 1999.
[117] Fornari, T.; Ibañez, E.; Reglero, G.; Stateva, R.P.; The Open Thermodynamics Journal, 5, 40-47, 2011.
[118] Carr, A.G.; Mammucari, R.; Foster, N.R.; Ind. Eng. Chem. Res., 49 (19), 9385–9393, 2010.