अतिक्रांतिक द्रव

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अतिक्रांतिक द्रव (एससीएफ) किसी भी पदार्थ का तापमान और दबाव उसके महत्वपूर्ण बिंदु से ऊपर होता है, जहाँ विशिष्ट तरल और गैस चरण उपलब्ध नहीं होते हैं, लेकिन दबाव के नीचे इसेठोस में संपीड़ित करने की आवश्यकता होती है।[1] यह गैस के रूप में ठोस पदार्थों के माध्यम से विस्तारित हो सकता है, बड़े स्तर पर स्थानांतरण सीमाओं पर नियंत्रण पा सकता है जो ऐसी सामग्रियों के माध्यम से तरल परिवहन को शिथिल कर देता है। तरल पदार्थ या ठोस जैसे समाधान सामग्री की क्षमता में एससीएफ गैसों से अत्यधिक उत्तम हैं। इसके अतिरिक्त, महत्वपूर्ण बिंदु के निकट, दबाव या तापमान में छोटे परिवर्तन के परिणामस्वरूप घनत्व में बड़े परिवर्तन होते हैं, जिससे अतिक्रांतिक द्रव के कई गुणों को सही किया जा सकता है।

अतिक्रांतिक तरल पदार्थ गैस अग्रणियों बृहस्पति और शनि, स्थलीय ग्रह शुक्र,और बर्फ के अग्रणी अरुण ग्रह और नेपच्यून केवातावरण में होते हैं। सुपर क्रिटिकल जलपृथ्वी पर पाया जाता है, जैसे काले धूम्रपान करने वाले से निकलने वाला जल, विशेष प्रकार का अंडरवाटरहाइपोथर्मल वेंट [2] औद्योगिक और प्रयोगशाला प्रक्रियाओं की श्रृंखला में कार्बनिक यौगिक सॉल्वैंट्स के विकल्प के रूप में उपयोग किए जाते हैं। अतिक्रांतिक कार्बन डाइऑक्साइड और जल सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले अतिक्रांतिक तरल पदार्थ हैं; वे प्रायःडिकैफिनेशन और अतिक्रांतिक वॉटर रिएक्टर के लिए प्रयोग किए जाते हैं। कुछ पदार्थ विलायक (जैसे कार्बन डाइऑक्साइड) की अतिक्रांतिक अवस्था में घुलनशील होते हैं लेकिन गैसीय या तरल अवस्था में अघुलनशील होते हैं - या इसके विपरीत इसका उपयोग किसी पदार्थ को निकालने के लिए किया जा सकता है और इसे विलायक में चरण संक्रमण को अनुमति देने या प्रेरित करके वांछित स्थान पर एकत्रित करने से पूर्व समाधान में कहीं और परिवहन किया जा सकता है।

गुण

अतिक्रांतिक तरल पदार्थ में सामान्यतः गैस और तरल के मध्य गुण होते हैं। तालिका 1 में, कुछ पदार्थों के महत्वपूर्ण गुण दिखाए गए हैं जो सामान्यतः अतिक्रांतिक तरल पदार्थ के रूप में उपयोग किए जाते हैं।

तालिका 1. विभिन्न सॉल्वैंट्स के महत्वपूर्ण गुण [3]
विलायक मॉलिक्यूलर मास्स क्रांतिक तापमान गंभीर दबाव गंभीर घनत्व
g/mol K MPa (atm) g/cm3
कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) 44.01 304.1 7.38 (72.8) 0.469
जल (H2O)† 18.015 647.096 22.064 (217.755) 0.322
मीथेन (CH4) 16.04 190.4 4.60 (45.4) 0.162
एटैन (C2H6) 30.07 305.3 4.87 (48.1) 0.203
प्रोपेन (C3H8) 44.09 369.8 4.25 (41.9) 0.217
ईथीलीन (C2H4) 28.05 282.4 5.04 (49.7) 0.215
प्रोपलीन (C3H6) 42.08 364.9 4.60 (45.4) 0.232
मेथनॉल (CH3OH) 32.04 512.6 8.09 (79.8) 0.272
इथेनॉल (C2H5OH) 46.07 513.9 6.14 (60.6) 0.276
एसीटोन (C3H6O) 58.08 508.1 4.70 (46.4) 0.278
नाइट्रस ऑक्साइड (N2O) 44.013 306.57 7.35 (72.5) 0.452

†Source: International Association for Properties of Water and Steam (IAPWS)[4] तालिका 2 विशिष्ट तरल पदार्थ, गैस और अतिक्रांतिक तरल पदार्थ के घनत्व, विसरणशीलता और विस्कासी को दर्शाता है।

तालिका 2. गैसों, अतिक्रांतिक तरल पदार्थ और तरल पदार्थों की तुलना[5]
घनत्व (kg/m3) श्यानता (µPa·s) प्रसार(mm2/s)
गैसे 1 10 1–10
अतिक्रांतिक तरल पदार्थ 100–1000 50–100 0.01–0.1
तरल पदार्थ 1000 500–1000 0.001

इसके अतिरिक्त, अतिक्रांतिक तरल पदार्थ में कोई सतही उत्तेजना नहीं होती है, क्योंकि कोई तरल गैस चरण सीमा पर नहीं होती है। तरल पदार्थ के दबाव और तापमान को परिवर्तित करके, गुणों को अधिक तरल और अधिक गैस के लिए "ट्यून" किया जा सकता है। सबसे महत्वपूर्ण गुणों में से द्रव में सामग्री की घुलनशीलता है। अतिक्रांतिक तरल पदार्थ में घुलनशीलता द्रव के घनत्व (स्थिर तापमान पर) के साथ बढ़ती है। चूंकि घनत्व दबाव के साथ बढ़ता है, और घुलनशीलता भी दबाव के साथ बढ़ती है। तापमान के साथ संबंध थोड़ा अधिक जटिल होता है। निरंतर घनत्व पर, तापमान के साथ घुलनशीलता बढ़ेगी। चूँकि, महत्वपूर्ण बिंदु के निकट, तापमान में सामान्य वृद्धि के साथ घनत्व तीव्रता के साथ अल्प हो सकता है। इसलिए, महत्वपूर्ण तापमान के निकट, बढ़ते तापमान के साथ घुलनशीलता प्रायः अल्प हो जाती है, फिर बढ़ जाती है। [6]


मिश्रण

सामान्यतः अतिक्रांतिक तरल पदार्थ एक दूसरे के साथ पूर्ण रूप से मिश्रणीय होते हैं, मिश्रण के महत्वपूर्ण बिंदु से अधिक होने पर बाइनरी मिश्रण एकल गैसीय चरण बनाता है। चूँकि, अपवादों को उन प्रणालियों में जाना जाता है जहां घटक दूसरे की तुलना में अत्यधिक अस्थिर होता है, जो कुछ स्थितियों में घटक के महत्वपूर्ण बिंदुओं के ऊपर उच्च दबाव और तापमान पर दो अमिश्रणीय गैस चरण बनाते हैं। उदाहरण के लिए, N2-NH3, NH3-CH4, SO2-N2 में पाया गया है।[7]बाइनरी मिश्रण के महत्वपूर्ण बिंदु का अनुमान दो घटकों के महत्वपूर्ण तापमान और दबावों के अंकगणितीय मध्य के रूप में लगाया जा सकता है,

Tc(mix) = χA × Tc(A) + χB × Tc(B)

जहां χi घटक i के मोल भाग को दर्शाता है।

अधिक त्रुटिहीन के लिए, पेंग-रॉबिन्सन, या समूह-योगदान विधियों जैसे राज्य के समीकरणों का उपयोग करके महत्वपूर्ण बिंदु की गणना की जा सकती है,घनत्व जैसे अन्य गुणों की गणना भी राज्य के समीकरणों का उपयोग करके की जा सकती है।


चरण आरेख

चित्रा 1. कार्बन डाइऑक्साइड दबाव-तापमान चरण आरेख
चित्रा 2. कार्बन डाइऑक्साइड घनत्व-दबाव चरण आरेख

आंकड़े 1 और 2 चरण आरेख के द्विआयामी प्रक्षेपण दर्शाते हैं। दबाव-तापमान चरण आरेख (चित्र 1) में क्वथन वक्र गैस और तरल क्षेत्र को भिन्न करता है और महत्वपूर्ण बिंदु पर समाप्त होता है, जहां तरल और गैस चरण एकल अतिक्रांतिक चरण बनने के लिए विलुप्त हो जाते हैं।

कार्बन डाइऑक्साइड (चित्र 2) के घनत्व-दबाव चरण आरेख में एकल चरण की उपस्थिति भी देखी जा सकती है। महत्वपूर्ण तापमान से अत्यंत नीचे, उदाहरण के लिए, 280 K, जैसे ही दबाव बढ़ता है, गैस संकुचित होती है अंततः (केवल 40बार (इकाई) पर) अधिक सघन तरल में संघनित हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप लाइन में विच्छेदन होता है (ऊर्ध्वाधर बिंदीदार रेखा ) प्रणाली में रासायनिक संतुलन, में 2 चरण होते हैं, सघन तरल और कम घनत्व वाली गैस जैसे-जैसे महत्वपूर्ण तापमान (300 K) के निकट आता है, संतुलन पर गैस का घनत्व अधिक होता जाता है, और तरल का घनत्व अल्प होता जाता है। महत्वपूर्ण बिंदु पर, (304.1 के और 7.38 एमपीए (73.8 बार), घनत्व में कोई अंतर नहीं है, और 2 चरण द्रव चरण बन जाते हैं। इस प्रकार, महत्वपूर्ण तापमान से ऊपर गैस को दबाव से द्रवित नहीं किया जा सकता है। क्रांतिक तापमान (310 K) से थोड़ा ऊपर, क्रांतिक दाब के निकटम, रेखा लगभग लंबवत होती है। दबाव में अल्प वृद्धि अतिक्रांतिक चरण के घनत्व में बड़ी वृद्धि का कारण बनती है। कई अन्य भौतिक गुण भी महत्वपूर्ण बिंदु के पास दबाव के साथ बड़े रूप में प्रदर्शित होते है। उदा. चिपचिपापन, सापेक्ष पारगम्यता और विलायक शक्ति, जो सभी घनत्व के निकटता से संबंधित हैं। उच्च तापमान पर, द्रव अधिक रैखिक घनत्व संबंध के साथ आदर्श गैस के जैसे व्यवहार करना प्रारम्भ कर देता है, जैसा कि चित्र 2 में देखा जा सकता है। 400 K पर कार्बन डाइऑक्साइड के लिए, दबाव के साथ घनत्व लगभग रैखिक रूप से बढ़ जाता है।

कई दबाव वाली गैसें वास्तव में अतिक्रांतिक तरल पदार्थ हैं। उदाहरण के लिए, नाइट्रोजन का 126.2 K (−147 °C) और 3.4 MPa (34 बार) एक महत्वपूर्ण बिंदु है। इसलिए, इस दबाव के ऊपर गैस सिलेंडर में नाइट्रोजन (या संपीड़ित हवा) वास्तव में अतिक्रांतिक तरल पदार्थ है। इन्हें प्रायः स्थायी गैसों के रूप में जाना जाता है। कमरे के तापमान पर, वे अपने महत्वपूर्ण तापमान से अत्यंत ऊपर हैं, इसलिए ऊपर 400 K पर CO2 के समान लगभग आदर्श गैस के रूप में व्यवहार करते हैं। चूंकि,जब तक उनके महत्वपूर्ण तापमान से नीचे ठंडा नहीं किया जाता है, तब तक उन्हें यांत्रिक दबाव से द्रवित नहीं किया जा सकता है, उच्च तापमान पर तरल या ठोस बनाने के लिए गैस अग्रणियों के अंदर गुरुत्वाकर्षण दबाव की आवश्यकता होती है।[citation needed] महत्वपूर्ण तापमान से ऊपर, ऊंचा दबाव घनत्व को इतना बढ़ा सकता है कि SCF तरल-समान घनत्व और व्यवहार प्रदर्शित करता है। बहुत उच्च दबावों पर,SCF को ठोस में संकुचित किया जा सकता है क्योंकि पिघलने की अवस्था P/T चरण आरेख में महत्वपूर्ण बिंदु के दाईं ओर फैली हुई है। जबकि अतिक्रांतिक CO2 को एक ठोस में संपीड़ित करने के लिए आवश्यक दबाव, तापमान के आधार पर, 570 एमपीए जितना कम हो सकता है,[8] अतिक्रांतिक पानी को ठोस बनाने के लिए 14,000 एमपीए की आवश्यकता होती है।[9] फिशर- विडोम लाइन या फ्रेनकेल लाइन थर्मोडायनामिक अवधारणाएं हैं जो अतिक्रांतिक तरल पदार्थ के अंदर तरल और गैस जैसी अवस्थाओं को अलग करने की अनुमति देती हैं।

जल्द के वर्षों में, अतिक्रांतिक तरल पदार्थों के विभिन्न गुणों की जांच के लिए एक महत्वपूर्ण प्रयास समर्पित किया गया है। यह 1822 से एक लंबे इतिहास के साथ एक रोमांचक क्षेत्र रहा है जब बैरन चार्ल्स कैग्नियार्ड डे ला टूर ने उच्च तापमान पर विभिन्न तरल पदार्थों से भरे सीलबंद गन बैरल में ध्वनि की असंततता से जुड़े प्रयोगों का संचालन करते हुए अतिक्रांतिक तरल पदार्थों की खोज की थी। जल्द में ही, अतिक्रांतिक फ्लुइड्स का विभिन्न क्षेत्रों में उपयोग हुआ है, जिसमें फूलों से फूलों की सुगंध निकालने से लेकर खाद्य विज्ञान में अनुप्रयोगों जैसे कि डिकैफ़िनेटेड कॉफ़ी बनाना, कार्यात्मक खाद्य सामग्री, फार्मास्यूटिकल्स, सौंदर्य प्रसाधन, पॉलिमर, पाउडर, जैव और कार्यात्मक सम्मिलित हैं। सामग्री, नैनो-सिस्टम, प्राकृतिक उत्पाद, जैव प्रौद्योगिकी, जीवाश्म और जैव-ईंधन, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक, ऊर्जा और पर्यावरण,पिछले एक दशक का अधिकांश उत्साह और रुचि प्रासंगिक प्रायोगिक उपकरणों की शक्ति को बढ़ाने में की गई भारी प्रगति के कारण है। नए प्रायोगिक उपायों का विकास और सम्मिलित उपायों में सुधार इस क्षेत्र में महत्वपूर्ण भूमिका निभा रहा है, जल्द के ही शोध में तरल पदार्थों के गतिशील गुणों पर ध्यान केंद्रित किया गया है।

प्राकृतिक घटना

हाइड्रोथर्मल परिसंचरण

एक काला धूम्रपान करने वाला, एक प्रकार का हाइड्रोथर्मल वेंट
See also: हाइड्रोथर्मल सर्कुलेशन

हाइड्रोथर्मल संचलन पृथ्वी की परत के अंदर होता है जहाँ कहीं भी द्रव गर्म हो जाता है और संवहन करना प्रारम्भ कर देता है। माना जाता है कि ये तरल पदार्थ कई भिन्न-भिन्न समायोजन के अंतर्गत अतिक्रांतिक स्थितियों तक पहुंचते हैं, जैसे पोर्फिरी कॉपर एकत्र या समुद्र तल में समुद्री जल के उच्च तापमान संचलन के निर्माण में मध्य-महासागर की रेखाओ पर, यह परिसंचरण "काले धूम्रपान करने वाले" के रूप में जाने वाले, हाइड्रोथर्मल निष्काषित की उपस्थिति से स्पष्ट है। ये सल्फाइड और सल्फेट खनिजों की बड़ी (मीटर ऊंची) चिमनियां हैं जो 400 डिग्री सेल्सियस तक तरल पदार्थ को निष्काषित करती हैं। तरल पदार्थ में घुली हुई धातुओं के अवक्षेपण के कारण काला धुआँ बादल जैसे प्रतीत होते है। यह संभावना है कि गहराई में इनमें से कई वेंट साइट अतिक्रांतिक स्थितियों तक पहुंचती हैं, लेकिन जब तक वे समुद्र तल तक पहुंचती हैं, तब तक पर्याप्त रूप से शांत हो जाती हैं। विशेष वेंट साइट, कछुआ पिट्स, ने वेंट साइट पर अतिक्रांतिकिटी की संक्षिप्त अवधि प्रदर्शित की है। केमैन ट्रफ मेंबीबे हाइड्रोथर्मल वेंट फील्ड, को वेंट छिद्र पर निरंतर अतिक्रांतिकिटी प्रदर्शित करने के लिए माना जाता है।[10]


ग्रहों का वातावरण

शुक्र ग्रह के वातावरण में 96.5% कार्बन डाइऑक्साइड और 3.5% नाइट्रोजन है। सतह का दबाव 9.3 MPa (93 बार) है और सतह का तापमान 735 K है, जो दोनों प्रमुख घटकों के महत्वपूर्ण बिंदुओं से ऊपर है और सतह के वातावरण को अतिक्रांतिक द्रव बनाता है।

सौर मंडल के गैस विशाल ग्रहों के आंतरिक वातावरण मुख्य रूप से हाइड्रोजन और हीलियम से बने होते हैं, जो उनके महत्वपूर्ण बिंदुओं से ऊपर के तापमान पर होते हैं। बृहस्पति और शनि के गैसीय बाह्य वातावरण सघन तरल आंतरिक भाग में सुचारू रूप से संक्रमण करते हैं, जबकि नेपच्यून और यूरेनस के संक्रमण क्षेत्रों की प्रकृति अज्ञात है। बाह्य सौर ग्रह ग्लिसे 876 डी के सैद्धांतिक मॉडल ने दबाव वाले, अतिक्रांतिक तरल जल के महासागर को तल पर ठोस उच्च दबाव वाले बर्फ की चादर के साथ प्रस्तुत किया है।

अनुप्रयोग

अतिक्रांतिक द्रव निष्कर्षण

अतिक्रांतिक द्रव निष्कर्षण के लाभ यह हैं कि अतिक्रांतिक तरल पदार्थ से जुड़ी अल्प चिपचिपाहट और उच्च प्रसार के कारण यह अपेक्षाकृत शक्तिशाली होता है। अतिक्रांतिक तरल पदार्थों के वैकल्पिक सॉल्वैंट्स जल या कार्बन डाइऑक्साइड की तुलना में अत्यधिक मात्रा में जहरीले, ज्वलनशील या पर्यावरण के लिए हानिकारक हो सकते हैं। निष्कर्षण माध्यम के घनत्व को नियंत्रित करके सीमा तक चयनात्मक हो सकता है, और निष्काषित की गई सामग्री को केवल अवसादन द्वारा सरलता से पुनर्प्राप्त किया जाता है, जिससे अतिक्रांतिक द्रव गैस चरण में वापस आ जाता है और अत्यधिक अल्प या विलायक अवशेष छोड़कर वाष्पित हो जाता है। कार्बन डाइऑक्साइड सबसे साधारण अतिक्रांतिक विलायक है। ग्रीन कॉफी बीन्स के डिकैफ़िनेशन, बीयर उत्पादन के लिएहॉप्स की निकासी,[11] और पौधों से आवश्यक तेलों और दवा उत्पादों के उत्पादन के लिए इसका बड़े स्तर पर उपयोग किया जाता है।[12] कुछ प्रयोगशाला परीक्षण विधियों में पारंपरिक विलायक का उपयोग करने के अतिरिक्त निष्कर्षण विधि के रूप में अतिक्रांतिक द्रव निष्कर्षण का उपयोग सम्मिलित है।[13][14][15]


अतिक्रांतिक द्रव अपघटन

बायोमास के अतिक्रांतिक जल गैसीकरण के माध्यम से बायोमास को विघटित करने के लिए अतिक्रांतिक जल का उपयोग किया जा सकता है।[16] इस प्रकार के बायोमास गैसीकरण उपयोग कुशल दहन उपकरण में उपयोग के लिए या ईंधन सेल में उपयोग के लिए, हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए, हाइड्रोकार्बन ईंधन का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है। पश्चात की स्थितियों में, भाप सुधार के कारण बायोमास की हाइड्रोजन सामग्री की तुलना में हाइड्रोजन उपज अत्यधिक हो सकती है जहां जल समग्र प्रतिक्रिया में हाइड्रोजन प्रदान करने वाला उपयोगकर्ता है।

ड्राई क्लीनिंग

अतिक्रांतिक कार्बन डाइऑक्साइड (एससीडी) का उपयोग पीईआरसी (परक्लोरोथिलीन) या अन्य अवांछनीय सॉल्वैंट्स के अतिरिक्त ड्राई-क्लीनिंग के लिए किया जा सकता है। अतिक्रांतिक कार्बन डाइऑक्साइड कभी-कभी बटनों में हस्तक्षेप देती है, और, जब एससीडी को दबा दिया जाता है, तो बटन फट जाते हैं, या भिन्न हो जाते हैं। कार्बन डाइऑक्साइड में घुलनशील डिटर्जेंट सॉल्वेंट की सॉल्वेटिंग शक्ति में सुधार करते हैं।[17] CO2 आधारित ड्राई क्लीनिंग उपकरण बटनों को हानि से बचाने के लिए तरल CO2 का उपयोग करते हैं, अतिक्रांतिक CO2 का नहीं हैं।

अतिक्रांतिक द्रव क्रोमैटोग्राफी

अतिक्रांतिक द्रव क्रोमैटोग्राफी (एसएफसी) का उपयोग विश्लेषणात्मक स्तर पर किया जा सकता है, जहाँ यह उच्च प्रदर्शन तरल क्रोमैटोग्राफी (एचपीएलसी) औरगैस वर्णलेखन (जीसी) कई लाभों को जोड़ती है। इसका उपयोग गैर-वाष्पशील और ऊष्मीय प्रयोगशाला विश्लेषण (जीसी के विपरीत) के साथ किया जा सकता है और सार्वभौमिक लौ आयनीकरण डिटेक्टर (एचपीएलसी के विपरीत) के साथ-साथ तीव्रता से प्रसार के कारण संकरी चोटियों का उत्पादन किया जा सकता है। व्यवहार में, एसएफसी द्वारा प्रस्तुत किए गए लाभ व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले एचपीएलसी और जीसी को विस्थापित करने के लिए पर्याप्त नहीं होता हैं, इसके अतिरिक्त कुछ स्थितियों में जैसे चिरल पृथक्करण और उच्च-आणविक-भार हाइड्रोकार्बन का विश्लेषण।[18] निर्माण के लिए कुशल प्रारंभिक नसिम्युलेटेड मूविंग बेड यूनिट उपलब्ध होते हैं।[19] अंतिम उत्पादों की शुद्धता अत्यधिक है, लेकिन व्यय इसे केवल उच्च मूल्य वाली सामग्री जैसे दवाइयों के लिए उपयुक्त बनाती है।

रासायनिक अभिक्रियाएं

प्रतिक्रिया विलायक की स्थितियों को परिवर्तित करने से उत्पाद को विस्थापित करने के लिए चरणों को भिन्न करने या प्रतिक्रिया के लिए एकल चरण की अनुमति प्राप्त हो सकती है। तीव्रता से प्रसार नियंत्रित प्रतिक्रियाओं को तीव्र करता है। तापमान और दबाव रुचिकर मार्गों से प्रतिक्रिया को ट्यून कर सकते हैं, उदाहरण के लिए, विशेष चिरालआइसोमर की उपज में सुधार करने के लिए होते है।[20] पारंपरिक कार्बनिक सॉल्वैंट्स पर महत्वपूर्ण पर्यावरणीय लाभ भी हैं। अतिक्रांतिक परिस्थितियों में किए जाने वाले औद्योगिक संश्लेषण में अतिक्रांतिक एथीन से पॉलीथीन, अतिक्रांतिक प्रोपीन से आइसोप्रोपिल एल्कोहाल, अतिक्रांतिक ब्यूटेन से 2-ब्यूटेनॉल और नाइट्रोजन, हाइड्रोजन के अतिक्रांतिक मिश्रण में अमोनिया सम्मिलित हैं।[21]विरक्त में, अन्य प्रतिक्रियाएं अतिक्रांतिक परिस्थितियों में औद्योगिक रूप से की जाती थीं, जिसमें मेथनॉल और थर्मल (गैर- उत्प्रेरक) तेल क्रैकिंग का संश्लेषण सम्मिलित था। प्रभावी उत्प्रेरकों के विकास के कारण, उन दो प्रक्रियाओं के आवश्यक तापमान अल्प हो गए हैं और अब अतिक्रांतिक नहीं हैं।[21]


संसेचन और रंगाई

संसेचन, संक्षेप में, निष्कर्षण का विलोम है। पदार्थ अतिक्रांतिक तरल पदार्थ में विलय हो जाता है, समाधान ठोस उप-पदार्थ से विलय होता है और उप-पदार्थ पर एकत्र या विलय हो जाता है। रंगाई, जो विस्तारित वाले (गैर-आयनिक) रंगों का उपयोग करके पॉलिएस्टर जैसे बहुलक फाइबर पर सरलता से की जाती है, इसकी विशेष स्थिति है। कार्बन डाइऑक्साइड भी कई पॉलिमर में विलय हो जाता है और प्रसार प्रक्रिया को और तीव्र कर देता है।

नैनो और सूक्ष्म कण निर्माण

See also: सूक्ष्मकरण

संकीर्ण आकार के वितरण वाले पदार्थ के छोटे कणों का निर्माण दवा और अन्य उद्योगों में महत्वपूर्ण प्रक्रिया है। अतिक्रांतिक तरल पदार्थ शक्तिहीन पड़ने, अवसादन या इनके संयोजन द्वारा विलेय के संतृप्ति बिंदु को तीव्रता से पार करके इसे प्राप्त करने के कई तकनीक प्रदान करते हैं। ये प्रक्रियाएं तरल पदार्थों की तुलना में अतिक्रांतिक तरल पदार्थों में तीव्रता से होती हैं, क्रिस्टल विकास परकेंद्रक या स्पिनोडल अपघटन को बढ़ावा देती हैं और अत्यधिक छोटे और नियमित आकार के कणों का उत्पादन करती हैं। शीघ्र ही अतिक्रांतिक तरल पदार्थ ने 5-2000 एनएम सीमा तक कणों की अल्पता करने की क्षमता दिखाई है।[22]


फार्मास्युटिकल कोक्रिस्टल का उत्पादन

अतिक्रांतिक तरल पदार्थ फार्मास्युटिकल कोक्रिस्टल के रूप में नामित एपीआई (सक्रिय फार्मास्युटिकल सामग्री) के उपन्यास क्रिस्टलीय रूपों की पीढ़ी के लिए नए मीडिया के रूप में कार्य करते हैं। अतिक्रांतिक द्रव तकनीकी नया प्लेटफॉर्म प्रदान करती है जो पारंपरिक तकनीकों द्वारा प्राप्त करने के लिए कठिन या असंभव कणों की एकल-चरण पीढ़ी की अनुमति देती है। विभिन्न अतिक्रांतिक द्रव गुणों का उपयोग करके एससीएफ के अद्वितीय गुणों के कारण शुद्ध और सूखे नए कोक्रिस्टल (क्रिस्टलीय आणविक परिसरों में एपीआई और क्रिस्टल जाली में एक या अधिक अनुरूप सम्मिलित हैं) की पीढ़ी प्राप्त की जा सकती है। अतिक्रांतिक CO2 सॉल्वेंट शक्ति, एंटी-सॉल्वेंट प्रभाव और इसकी परमाणु वृद्धि है। [23][24]


सुपर क्रिटिकल ड्राइंग

See also: महत्वपूर्ण बिंदु सूखना

अतिक्रांतिक ड्राइंग सतह उत्तेजना प्रभाव के बिना विलायक को विस्थापित करने की विधि है। जैसे ही तरल सूखता है, सतह उत्तेजना की ठोस के अंदर छोटी संरचनाओं को आकर्षित करता है, जिससे विकृति और सिकुड़न होती है। अतिक्रांतिक परिस्थितियों में कोई सतही उत्तेजना नहीं होती है, और अतिक्रांतिक द्रव को विरूपण के बिना विस्थापित किया जा सकता है। अतिक्रांतिक सुखाने का उपयोग एरोगल्स की निर्माण प्रक्रिया और इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के लिए पुरातात्विक चित्रण और जैविक चित्रण जैसे कोमल सामग्रियों को सुखाने में किया जाता है।

अतिक्रांतिक जल इलेक्ट्रोलिसिस

अतिक्रांतिक अवस्था में जल का इलेक्ट्रोलिसिस अन्य इलेक्ट्रोलाइज़र में पाए जाने वाले अतिविभव को अल्प करता है, जिससे ऑक्सीजन और हाइड्रोजन के उत्पादन की विद्युत दक्षता में सुधार होता है।

बढ़ा हुआ तापमान थर्मोडायनामिक बाधाओं को अल्प करता है और गतिज को बढ़ाता है। इलेक्ट्रोड पर ऑक्सीजन या हाइड्रोजन के कोई बुलबुले नहीं बनते हैं, इसलिए उत्प्रेरक और जल के मध्य कोई इन्सुलेट परत नहीं बनती है, जिससे ओमिक हानि अल्प हो जाती है। गैस जैसे गुण तीव्रता से बड़े स्तर पर स्थानांतरण प्रदान करते हैं।

अतिक्रांतिक जल ऑक्सीकरण

अतिक्रांतिक जल ऑक्सीकरण में जल का उपयोग ऐसे माध्यम के रूप में करता है जिसमें हानिकारक कचरे को ऑक्सीकरण किया जाता है, जिससे जलने वाले जहरीले दहन उत्पादों का उत्पादन समाप्त हो जाता है।

ऑक्सीकृत किए जाने वाले अपशिष्ट उत्पाद आणविक ऑक्सीजन (या ऑक्सीकरण एजेंट जो अपघटन पर ऑक्सीजन देता है, जैसे हाइड्रोजन पेरोक्साइड) के साथ अतिक्रांतिक जल में घुल जाता है, जिस बिंदु पर ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया होती है।


अतिक्रांतिक जल हाइड्रोलिसिस

अतिक्रांतिक हाइड्रोलिसिस सभी बायोमास बहुशर्करा के साथ-साथ संबंधित लिग्निन को अतिक्रांतिक परिस्थितियों में एकाकी जल से संपर्क करके अल्प आणविक यौगिकों में परिवर्तित करने की विधि है। अतिक्रांतिक जल, विलायक के रूप में कार्य करता है, बॉन्ड-के टूटने से थर्मल एनर्जी का आपूर्तिकर्त, ऊष्मा हस्तांतरण एजेंट और हाइड्रोजन परमाणुओं के स्रोत के रूप में सभी बहुशर्करा एक दूसरे या उससे अल्प में लगभग मात्रात्मक उपज में साधारण शर्करा में परिवर्तित हो जाते हैं। लिग्निन के एलिफैटिक इंटर-रिंग लिंक भी सरलता से मुक्त कणों में विभाजित हो जाते हैं जो जल से निकलने वाले हाइड्रोजन द्वारा स्थिर होते हैं। लिग्निन के सुगंधित छल्ले अल्प प्रतिक्रिया समय के अंतर्गत अप्रभावित रहते हैं जिससे लिग्निन-व्युत्पन्न उत्पाद अल्प आणविक भार मिश्रित फिनोल हों सकते है। कटाव के लिए आवश्यक अल्प प्रतिक्रिया समय का लाभ उठाने के लिए सतत प्रतिक्रिया प्रणाली तैयार की जानी चाहिए। अतिक्रांतिक अवस्था में गर्म किए गए जल की मात्रा अल्प से अल्प हो जाती है।

अतिक्रांतिक जल गैसीकरण

अतिक्रांतिक जल गैसीकरण जलीय बायोमास धाराओं को साफ जल और गैसों जैसे H2, CH4, CO2, CO आदि में परिवर्तित करने के लिए अतिक्रांतिक जल के लाभकारी प्रभाव का दोहन करने की प्रक्रिया है।[25]


विद्युत उत्पादन में अतिक्रांतिक द्रव

ऊष्मा इंजन की ऊष्मीय दक्षता अंततः ऊष्मा स्रोत और कार्नोट चक्र के मध्य तापमान के अंतर पर निर्भर करती है। जीवाश्म ईंधन विद्युत संयंत्र की दक्षता में सुधार के लिए ऑपरेटिंग तापमान को बढ़ाया जाना चाहिए। कार्य कर रहे द्रव के रूप में जल का उपयोग करके, यह इसे अतिक्रांतिक स्थितियों में ले जाता है। [26] वर्तमान तकनीक का उपयोग करके सबक्रिटिकल ऑपरेशन के लिए दक्षता को लगभग 39% से बढ़ाकर लगभग 45% किया जा सकता है।[27] अतिक्रांतिक जल रिएक्टर (एससीडब्ल्यूआर) उन्नत परमाणु प्रणालियों की प्रतिज्ञा कर रहे हैं जो समान तापीय दक्षता का लाभ प्रदान करते हैं। समान दक्षता लाभ के साथ कार्बन डाइऑक्साइड का उपयोग अतिक्रांतिक चक्र परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में भी किया जा सकता है।[28] कई कोयले से जलने वाले अतिक्रांतिक भाप जनरेटर सम्पूर्ण रूप से संसार में कार्य कर रहे है, और पारंपरिक भाप-शक्ति प्लांट की दक्षता में वृद्धि हुई है। अतिक्रांतिक कार्बन डाइऑक्साइड को कार्यशील द्रव के रूप में भी प्रस्तावित किया गया है, जिसमें जल की तुलना में अल्प महत्वपूर्ण दबाव का लाभ होगा, लेकिन क्षरण के विषय में अभी तक पूर्ण रूप से समाधान नहीं हुआ है।[29][30] प्रस्तावित आवेदन अवस्था के चक्र में है। कार्बन डाइऑक्साइड और जल दोनों ही न्यूट्रॉन मॉडरेटर हैं, लेकिन तरल जल की तुलना में अतिक्रांतिक तरल पदार्थ के रूप में उनका घनत्व अल्प होता है। यह परमाणु रिएक्टरों को उन अतिक्रांतिक तरल पदार्थों के साथ प्राथमिक शीतलक के रूप में अल्प मॉडरेशन मोड ("सेमी-फास्ट" या "एपिथर्मल") में चलाने की अनुमति देता है, लेकिन सामान्यतः तीव्र न्यूट्रॉन रिएक्टर के रूप में नहीं होते है। दूसरी ओर, पूर्ण रूप से थर्मल न्यूट्रॉन स्पेक्ट्रम के लिए अतिरिक्त मॉडरेशन प्रदान करता है।

बायोडीजल उत्पादन

बायोडीजल उत्पादन में वनस्पति तेल का रूपांतरण ट्रान्सएस्टरीफिकेशन प्रतिक्रिया के माध्यम से होता है, जहां ट्राइग्लिसराइड को मिथाइल एस्टर प्लस ग्लिसरॉल में परिवर्तित किया जाता है। यह सामान्यतः मेथनॉल और कास्टिक या एसिड उत्प्रेरक का उपयोग करके किया जाता है, लेकिन उत्प्रेरक के बिना अतिक्रांतिक मेथनॉल का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है। बायोडीजल उत्पादन के लिए अतिक्रांतिक मेथनॉल का उपयोग करने की विधि का सबसे पूर्व संवत् और उनके सहकर्मियों द्वारा अध्ययन किया गया था। इसमें कच्चे माल (विशेष रूप से, प्रयुक्त खाना पकाने के तेल) की अधिक श्रेणी और जल की मात्रा की अनुमति देने का लाभ है, उत्प्रेरक को विस्थापित करने के लिए उत्पाद को धोने की आवश्यकता नहीं है, और सतत प्रक्रिया के रूप में डिजाइन करना सरल है।[31]


बढ़ी हुई तेल की प्राप्ति और कार्बन का प्रभुत्व और भंडारण

परिपक्व क्षेत्रों में तेल की प्राप्ति को बढ़ाने के लिए अतिक्रांतिक कार्बन डाइऑक्साइड का उपयोग किया जाता है। साथ ही, कार्बन प्रच्छादन के साथ उन्नत पुनर्प्राप्ति विधियों को संयोजित करने के स्वच्छ कोयला प्रौद्योगिकी का उपयोग करने की संभावना है। CO2 को अन्य फ़्लू गैसों से भिन्न किया जाता है, अतिक्रांतिक अवस्था में संकुचित किया जाता है, और उपज में सुधार के लिए संभवतः स्थिति तेल क्षेत्रों में भूगर्भीय भंडारण में प्रवेषित किया जाता है।

वर्तमान में, केवल प्राकृतिक गैस से जीवाश्म CO2 को भिन्न करने वाली योजनाएँ ही वास्तव में कार्बन भंडारण का उपयोग करती हैं, (उदाहरण के लिए समतल गैस क्षेत्र ),[32] लेकिन भविष्य की सीसीएस योजनाओं के लिए कई योजनाएं हैं जिनमें CO2 दहन से पूर्व या पश्चात में में सम्मिलित हैं।[33][34][35][36] विद्युत उत्पन्न करने के लिएबायोमास का उपयोग करके और उत्पादित CO2 को भिन्न करके वातावरण में CO2 की मात्रा को अल्प करने की भी संभावना है।

उन्नत भू-तापीय प्रणाली

Main article: उन्नत भू-तापीय प्रणाली CO2 ईजीएस

जल के अतिरिक्त अतिक्रांतिक कार्बन डाइऑक्साइड के उपयोग की भू-तापीय कार्यशील द्रव के रूप में जांच की गई है।

प्रशीतन

अतिक्रांतिक कार्बन डाइऑक्साइड उपयोगी उच्च-तापमान प्रशीतन के रूप में भी सामने रहा है, जिसका उपयोग नए क्लोरोफ्लोरोकार्बन /हाइड्रोफ्लोरोकार्बन मुक्त घरेलू ताप पंपों में ट्रांसक्रिटिकल चक्र का उपयोग करने के लिए किया जा रहा है।[37] एशिया में पूर्व से ही सफलतापूर्वक विपणन किए जा रहे अतिक्रांतिक कार्बन डाइऑक्साइड ताप पंपों के साथ ये प्रणालियां निरंतर विकास के समय से गुजर रही हैं। जापान के इकोक्यूट प्रणाली पूर्व व्यावसायिक रूप से सफल उच्च तापमान वाले घरेलू जल ताप पंपों में से कुछ हैं।

अतिक्रांतिक द्रव जमाव

अतिक्रांतिक तरल पदार्थों का उपयोग कार्यात्मक नैनोसंरचित फिल्मों और धातुओं के नैनोमीटर-आकार के कणों को सतहों पर एकत्र करने के लिए किया जा सकता है। रासायनिक वाष्प जमाव में उपयोग किए जाने वाले निर्वात प्रणालियों की तुलना में द्रव अग्रदूत की उच्च विसारकता और सांद्रता सतह प्रतिक्रिया दर सीमित शासन में एकत्र करने की अनुमति देती है, जो स्थिर और समान विकास प्रदान करती है।[38] यह अधिक शक्तिशाली इलेक्ट्रॉनिक घटकों को विकसित करने में महत्वपूर्ण है, और इसके जैसे एकत्र धातु के कण भी रासायनिक संश्लेषण और विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए शक्तिशाली उत्प्रेरक हैं। इसके अतिरिक्त, समाधान में अग्रदूत परिवहन की उच्च दरों के कारण, उच्च सतह क्षेत्र के कणों को परतीय करना संभव है, जो रासायनिक वाष्प एकत्र होने के अनुसार प्रणाली के निकासित के पास अल्पता को प्रदर्शित करता है और डेन्ड्राइट अस्थिर इंटरफेसियल विकास सुविधाओं के परिणामस्वरूप भी हो सकता है। परिणाम परमाणु परत एकत्र की तुलना में अत्यधिक गति से एकत्रित होने वाली अधिक पतली और समान फिल्म है, जो इस आकार के स्तर पर कण परतीय के लिए उत्तम उपकरण है।[39]


रोगाणुरोधी गुण

उच्च दबाव पर CO2रोगाणुरोधी गुण होते हैं।[40] जबकि इसकी प्रभावशीलता विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए दिखाई गई है, निष्क्रियता के तंत्र को पूर्ण रूप से समझा नहीं गया है, चूँकि 60 से अधिक वर्षों से उनकी जांच की जा रही है।[41]


इतिहास

1822 में, बैरन चार्ल्स कैग्नियार्ड डे ला टूर ने अपने प्रसिद्ध तोप बैरल प्रयोगों में पदार्थ के महत्वपूर्ण बिंदु का अविष्कार किया। विभिन्न तापमानों पर तरल पदार्थ से भरी सीलबंद तोप में लुढ़कते हुए चमकदार पत्थर के गोले की आवाज में अंतर को सुनकर, उन्होंने महत्वपूर्ण तापमान का अवलोकन किया। इस तापमान से ऊपर, तरल और गैस चरणों का घनत्व बराबर हो जाता है और उनके मध्य का अंतर विल्पुत हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एकल अतिक्रांतिक द्रव चरण होता है।[42]


यह भी देखें

संदर्भ

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