Medium ekstrakcyjne

Dwutlenek węgla osiągający parametry powyżej warunków punktu krytycznego jest nazywany płynem w stanie nadkrytycznym. Okazuje się, że w takiej formie doskonale spełnia funkcję czynnika ekstrakcyjnego. Właściwości pośrednie pomiędzy stanem ciekłym i gazowym, jakie osiąga CO₂, pozwalają mu dotrzeć do małych przestrzeni w układzie, jak również wykazywać cechy typowego rozpuszczalnika. W procesach ekstrakcji nadkrytyczny dwutlenek węgla jest wykorzystywany samodzielnie lub w mieszaninie z innymi rozpuszczalnikami. Cały proces wpisuje się w zasady zielonej chemii i jest przyjazny dla środowiska. Dużą zaletą tej techniki jest możliwość zmiany gęstości CO₂, która wpływa bezpośrednio na jego rozpuszczalność poprzez zmianę temperatury i ciśnienia. Inną zaletą tej techniki jest to, że finalnie otrzymywany jest ekstrakt niezawierający rozpuszczalnika. Zatem zwykle nie jest konieczne poddawanie go dodatkowemu oczyszczaniu. Usunięcie nadkrytycznego dwutlenku węgla jest możliwe przez dekompresję układu ekstrakcyjnego po zakończonym procesie. Związek ten w temperaturze pokojowej jest gazem, dzięki czemu szybko opuszcza środowisko reakcji.

Właściwości nadkrytycznego dwutlenku węgla sprawiają, że jest on chętnie wykorzystywany do ekstrakcji związków pochodzenia naturalnego, czyli takich, które zwykle są niestabilne termicznie i łatwo się utleniają. Przykładami takich materiałów biologicznych są próbki roślinne. Nadkrytyczny CO₂ jest często stosowany w przypadku związków niepolarnych i średniopolarnych, takich jak olejki eteryczne. Ekstrakcja związków silnie polarnych jest niewydajna. W takim przypadku można wykorzystać tzw. modyfikatory. Są to polarne dodatki, które zwiększają właściwości ekstrakcyjne. Dodawane są w ilości 1-10%. Przykładami modyfikatorów są: metanol, toluen, kwas mrówkowy lub acetonitryl. Ekstrakty pozyskiwane z wykorzystaniem nadkrytycznego CO₂ odznaczają się wysoką czystością.

Rozpuszczalnik

Stosowanie nadkrytycznego dwutlenku węgla jako rozpuszczalnika stwarza szereg możliwości i ma wiele zalet. Związek ten wykazuje dobre właściwości rozpuszczania szeregu związków chemicznych. Jest skuteczny szczególnie w przypadku cząsteczek niepolarnych i o niskiej masie cząsteczkowej. Warto pamiętać, że woda i jony nie są rozpuszczalne w nadkrytycznym CO₂. Podobnie zachowują się polimery. Ich rozpuszczalność w tym rozpuszczalniku jest znikoma. Dobra rozpuszczalność innych związków chemicznych jest zasługą właściwości nadkrytycznego CO₂. Gęstość takiego płynu sprawia, że substancje rozpuszczają się w nim jak w cieczy. Jednocześnie mała lepkość i niskie napięcie powierzchniowe wspomagają dokładną penetrację matrycy i dzięki temu zwiększają znacząco wydajność procesu rozpuszczania. Co ważne, nadkrytyczny CO₂ to związek przyjazny dla środowiska. Nie jest toksyczny dla ludzi. Stosując go, do układu nie są wprowadzane dodatkowe zanieczyszczenia (często obecne w innych rozpuszczalnikach, np. eterze naftowym) mogące kumulować się w próbce. Stwierdzono także poprawę szybkości reakcji przy stosowaniu tego medium, dzięki osiągnięciu większego transferu masy reagentów w układzie (współczynnik dyfuzji powoduje, że przenoszenie masy jest szybsze niż w cieczy).

Czynnik chłodniczy

Nie sposób nie wspomnieć o niezwykle ważnej funkcji dwutlenku węgla jako czynnika chłodzącego praktycznie we wszystkich gałęziach przemysłu. Oznaczany jest symbolem R744. W chemii znajduje zastosowanie głównie w procesach przemysłowych, ale w laboratorium niektóre reakcje również wymagają utrzymywania obniżonej temperatury. W przypadku układów na niewielką skalę jako czynnik chłodzący wykorzystuje się CO₂. Gaz przeznaczony do układów chłodzenia charakteryzuje się dużą czystością (sięgającą 99,9%) oraz niską zawartością wilgoci. Wykorzystywany w ten sposób dwutlenek węgla ma wiele zalet. Przede wszystkim jest nieszkodliwy dla środowiska, a koszt jego wytworzenia nie jest wysoki. Ponadto jest obojętny chemicznie i kompatybilny z większością materiałów stosowanych do konstrukcji układów chłodzenia. Dwutlenek węgla jest najbezpieczniejszy dla człowieka na tle pozostałych czynników chłodniczych.

Inne zastosowania

* Dwutlenek węgla jest wykorzystywany w inkubatorach służących do hodowli komórek. Takie urządzenia stosowane są przede wszystkim w laboratoriach biologicznych i LifeScience.

* CO₂ to ważny reagent np. w procesach pozyskiwania nanomateriałów. Odpowiednio zaprojektowane związki chemiczne, reagując z dwutlenkiem węgla, przekształcają się w nanomateriały o unikatowych właściwościach. W przemyśle chemicznym gaz ten jest stosowany także do syntezy polimerów.

* CO₂ używa się do uzdatniania wody i ścieków.

* Za pomocą dwutlenku węgla w laboratorium może być regulowany odczyn pH.

* CO₂ spełniający odpowiednie wymagania może być wykorzystany jako gaz wzorcowy.