Extrakce není jedinou aplikací pro využití superkritického oxidu uhličitého

Ačkoli je superkritická fluidní extrakce (SFE) oxidem uhličitým bezpečnou extrakční technikou jak pro obsluhu, tak v produkci nebezpečného odpadu, není v našich podmínkách bohužel dostatečně rozšířenou technikou. SFE oxidem uhličitým lze použít jak ve výzkumných, tak ve výrobních procesech a nemusí být nutně zaměřena na nejrozšířenější aplikace jako je extrakce tuků a olejů z potravin a rostlinného materiálu, extrakce organických sloučenin z různých typů organických a anorganických matric v laboratořích nebo v různých výrobních procesech.

Co je superkritický oxid uhličitý?

Oxid uhličitý je v superkritickém stavu, pokud dosáhne nebo překročí kritický bod při teplotě 31 °C a tlaku 73 atm (7,38 MPa). V superkritickém stavu má oxid uhličitý vlastnosti jak plynné, tak kapalné fáze a nabízí tak podmínky vhodné pro extrakce s vysokou výtěžností a v krátkém čase. Změnou teploty a tlaku lze měnit intenzitu extrakce a také její vlastnosti, které mohou napodobit extrakční sílu v rozsahu od chloroformu přes dichlormetan po hexan. Tyto extrakční schopnosti mohou být využity nejen pro samotné extrakce, ale i čištění, frakcionace, louhování nebo rekrystalizace.

Protože je oxid uhličitý nepolárním extrakčním činidlem, lze jeho polaritu upravit přídavkem polárního organického rozpouštědla, a tak jeho extrakční schopnosti rozšířit i o polární látky.

Oxid uhličitý je zcela bezpečným extrakčním činidlem jak pro obsluhu extraktoru, tak pro případného konzumenta extrahovaných látek v potravinářských výrobních procesech.

Superkritický oxid uhličitý nemusí být použit pouze pro extrakce

Oxid uhličitý v superkritickém stavu lze použít jak v laboratorních, tak ve výrobních extrakčních procesech. Proces extrakce oxidem uhličitým lze také kombinovat s extrakcí na pevnou fázi. Extrakce ale nejsou jediným možným využitím této techniky.

Ve farmaceutickém průmyslu bývá častým problémem špatná rozpustnost léčiv ve vodě, a tedy i následné vstřebání účinné látky v gastrointestinálním traktu. Pro podporu rozpustnosti léčiv v biologických tekutinách se používá mikronizace, to znamená mechanické a rekrystalizační techniky vedoucí ke zmenšení velikosti pevných částic. Problémem těchto klasických metod je použití rozpouštědel, získání vzorku se širokou distribucí velikosti částic a možný tepelný nebo chemický rozklad v průběhu procesu. Alternativní metodou je rychloexpanzní SFE (RESS) pro redukci velikosti částic různých léčiv. RESS zahrnuje rozpuštění léčiva v kapalině v superkritickém stavu a následně snížení tlaku přes expanzní příslušenství. Rychlé snížení tlaku způsobí snížení rozpustnosti léčiva a jeho srážení ve formě prášku v plynné fázi. Výsledkem je tvorba malých částic s úzkou distribucí jejich velikosti bez použití rozpouštědel nebo surfaktantů. Mezi několik příkladů takto zpracovaných léčiv patří aspirin, ibuprofen, lidokain, nifedipin nebo teofylin.

Další oblastí použití superkritické extrakce je výroba takzvaného aerogelu. Aerogely patří mezi nanoporézní materiály s velkým povrchem, nízkou hustotou a nízkou tepelnou vodivostí. Nejčastější variantou jsou produkty, které vznikají sol-gel polymerací křemíku a uhlíku (SiC) s příměsí anorganicko-kovových materiálů. Díky svému velkému povrchu a vysoké porozitě mají aerogely bohaté využití ve výrobě izolátorů, pohlcovačů zvuků, katalyzátorů, adsorbentů a superkondenzátorů. Obvykle jsou křemíkové aerogely připravovány dvoukrokovým procesem za použití ethoxysilanů. Výsledkem procesu je silikagelová struktura v etanolu. Etanol se odstraňuje umístěním vlhkého gelu do autoklávu a zahřátím do 300 °C. Tento postup je časově náročný a zahrnuje riziko prasknutí struktury díky stresu z vnitřního napětí v menisku kapaliny a výparů. Sušení aerogelů oxidem uhličitým výrazně urychluje proces sušení při použití teplot potřebných pro tvorbu monolitického křemičitého aerogelu. Navíc se díky podmínkám v superkritickém stavu oxidu uhličitého vyhýbá problému s vnitřním napětím a s tím souvisejícím možným poškozením aerogelu.

Oxid uhličitý v superkritickém stavu našel také využití v textilním průmyslu jako ekologické řešení pro barvení mnoha přírodními i syntetickými barvivy. Barvivo rozpuštěné v superkritickém oxidu uhličitém dokonale difunduje do pórů a štěrbin barvených vláken. Příkladem je barvení polyethylentereftalátu (PET) azobarvivem C.I. Disperse Blue 1.

Společnost HPST, s.r.o., je zavedeným dodavatelem superkritických fluidních extraktorů pracujících se superkritickým oxidem uhličitým od amerického výrobce Applied Separations, Inc. Výrobce nabízí systémy pro laboratorní i výrobní aplikace.