Szuperkritikus szén-dioxid a textiltisztításban
A tudományos diákköri munka a szuperkritikus halmazállapotú közegek tulajdonságait és viselkedését mutatja be a rendelkezésre álló szakirodalom felhasználásával. Az összegyűjtött ismeretek alapján egy textiltisztító berendezés főbb műveleti és szilárdsági tervezését végeztem el.
A szuperkritikus szén-dioxid állapotát először Thomas Andrews ír kémikus írta le 1869-ben [1]. Az első megfigyelések 1822-ig nyúlnak vissza. Manapság egyre több, szuperkritikus közeget alkalmazó műszaki megoldás jelenik meg, aminek oka, hogy kevésbé környezetszennyező, hatékonyabb, sok szempontból kevesebb erőforrást igénylő és fenntartható technológiák fejleszthetők ki. Sikeresen alkalmaznak ilyen közegeket szilárd és folyékony anyagok extrakciójához, szárításhoz, tisztításhoz, polimerek feldolgozásához, kémiai reakciók illékony szerves oldószereinek alternatívájaként, illetve erőművek munkaközegeként is [2-4].
Egy anyag szuperkritikus állapotba lép, ha kritikus hőmérséklete fölé melegítjük, miközben kritikus nyomása fölé komprimáljuk. Ebben az állapotban sűrűsége folyadékhoz közeli, ám amellett, hogy kitölti a rendelkezésére álló teret, viszkozitása, felületi feszültsége, diffuzivitása is inkább gáz halmazállapotra jellemző. A vizsgált anyagok közül a CO2 kiemelkedő tulajdonságokkal bír, ugyanis viszonylag alacsonyak a kritikus paraméterei (Tkr=31,1 °C; Pkr=73,9 bar), jól tárolható, nem robbanékony, nem gyúlékony, inert, könnyen beszerezhető, nem mérgező és kiváló szerves oldószer [3].
A szuperkritikus állapotú szén-dioxid (scCO2) előnyös tulajdonságai révén felhasználható a bonyolult, környezetszennyező és energiaigényes mosási technológiák kiváltására. Hagyományos mosásnál környezetre káros, kémiai anyagokkal szennyezett víz keletkezik, ahol a költségeket tovább növeli, hogy a ruhákat tisztítás után szárítani is kell. Ezzel szemben egy scCO2-ot alkalmazó tisztítási folyamat során a legnagyobb energia a közeg komprimálására fordítódik, nem keletkezik szennyvíz, nincs vízfelhasználás, és minimális CO2 veszteség mellett a közeget újra felhasználjuk. A szennyeződés nyomáscsökkentéssel leválasztható, a textil anyaga pedig kedvező hőmérséklet (40 °C) miatt nem károsodik.
Munkám során választ keresek olyan kérdésekre, hogy mennyire lehet lecsökkenteni egy mosási ciklus idejét, valamint szükséges-e áramoltatni a tisztító közeget. Ha igen, akkor mekkora a textil áramlási ellenállása? Milyen hatással van az oldat telítődése a termodinamikai tulajdonságokra? A válaszok pontos megadására a jövőben laboratóriumi mérőállomást tervezek.
1. Sawan, S. P, McHardy, J.: Supercritical Fluid Cleaning. Noyes Publications, New Jersey (1996).
2. Knez, Z et. al.: Industrial applications of supercritical fluids: A review. Energy 77 (2014) 235-243
3. Hyatt, J. A.: Liquid and supercritical carbon dioxide as organic solvents. The Journal of Organic Chemistry vol. 49, no. 26, 1984, 5097-5101
4. Aslanidou, D. et. al.: Tuneable textle cleaning and disinfection process based on supercritical CO2 and Pickering emulsions. Journal of Supercritical Fluids 118 (2016) 128-139
