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SCF Technologies

SCF Technologies. Kwon, Cheong Hoon. Thermodynamics and Properties Lab. Dept. of Chemical and Biological Engineering, Korea Univ. PART I.  What is a Supercritical Fluid?  Applications for Supercritical Fluid. What is a Supercritical Fluid?.

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Presentation Transcript

  1. SCF Technologies Kwon, Cheong Hoon Thermodynamics and Properties Lab. Dept. of Chemical and Biological Engineering, Korea Univ.

  2. PART I  What is a Supercritical Fluid?  Applications for Supercritical Fluid

  3. What is a Supercritical Fluid? • A supercritical fluid is a substance above its critical temperature and pressure. • For pure CO2, the critical conditions ; Pressure(73atm), temperature(31.1°C) • Supercritical fluids process Thermodynamics and Properties Lab. Dept. of Chemical and Biological Engineering, Korea Univ.

  4. Phase Diagram for Water Thermodynamics and Properties Lab. Dept. of Chemical and Biological Engineering, Korea Univ.

  5. How to Make a Supercritical Fluid? •  Water Heated in an Open Container • If liquid water is placed in an open container, its temperature cannot be raised above 100°C. •  Water Heated in a Sealed Container • If water is placed in a sealed container, however, then it can be heated to temperatures above100°C. Thermodynamics and Properties Lab. Dept. of Chemical and Biological Engineering, Korea Univ.

  6. The Variation of Water Properties Thermodynamics and Properties Lab. Dept. of Chemical and Biological Engineering, Korea Univ.

  7. Properties of SCF 압력과 온도를 변화시킴으로써 물성을 원하는 상태로 조율 환경오염에 미치는 영향이 적은 용매 사용 무독성, 환경친화 성 공정 Solvation, Inhomogeneity in space, Fluctuation in time Thermodynamics and Properties Lab. Dept. of Chemical and Biological Engineering, Korea Univ.

  8. SC - CO2 Thermodynamics and Properties Lab. Dept. of Chemical and Biological Engineering, Korea Univ.

  9. Supercritical Fluids are Attractive Solvents  High diffusivity  Low viscosity  Zero surface tension  Nontoxic  Recyclable Thermodynamics and Properties Lab. Dept. of Chemical and Biological Engineering, Korea Univ.

  10. 추출, 정제 재결정 분야  혼합물에서 원하는 물질만을 고순도로 분리, 정제 Hop Flavors Extraction  Coffee & Tea Decaffeinate  Spices & Herb Extraction 섬유공학 분야  물의 대체용매 : CO2의 사용, 연구  장점 : 에너지의 절감 효과와 산업 폐기물의 감소등  환경 친화적인 Green Solvent로 각광 Spectroscopy 물리화학, 초 임계 CO2에서 Supercritical Water에 사용 Spectroscopic Technic에 응용 폐수처리 등오염물분리공정 고순도가 아닌 재활용 CO2등의 저순도 CO2사용 ; 매우 경제적 기 타 초임계 건조, 초임계 유기화학반응, 초임계수에 의한 PET 분해  초임계 세척(SC Cleaning), 초임계 팽화(SC Swelling) Applications of SCF Thermodynamics and Properties Lab. Dept. of Chemical and Biological Engineering, Korea Univ.

  11. Supercritical Extraction • 유동성이 있으며 추출용매로서의 역할을 하는 초임계 유체를 추출용매 로 사용하여 물질을 추출하는 방법 • 이용 : 혼합물질 분리, 향료 물질로부터 향기 성분 추출, 원료로부터 기능 성 소재의 추출 및 잔류농약 분석시 식품으로부터 농약성분 추출 Thermodynamics and Properties Lab. Dept. of Chemical and Biological Engineering, Korea Univ.

  12. 카페인 함량 : 0.7~3% 0.02% 이하로 감소 Supercritical CO2 Extraction of Caffeine from Coffee Bean  초임계 이산화탄소를 추출 용매로 사용 : 카페인과 같이 낮은 분자량을 갖는 비극성 물질은 용해, 커피 향과 관계 있는 극성의 carbohydrates또는 peptides등은 제한적으로 용해 카페인 제거 Thermodynamics and Properties Lab. Dept. of Chemical and Biological Engineering, Korea Univ.

  13. Supercritical CO2 Extraction •  Advantages •  저렴하면서도 훌륭한 물리적 성능 • (무독성, 비착화성, 낮은 초임계점) • 생산되는 폐기물의 양이 극히 적음 •  원하는 물질만을 손상 없이 고순도로 얻음 •  Disadvantages • 매우 큰 극성을 지닌 화합물이나 이온적 화합물에 부적합 •  미량의 Co-solvent(Modifier Fluid)첨가로 해결 Thermodynamics and Properties Lab. Dept. of Chemical and Biological Engineering, Korea Univ.

  14. PART II  SFC Tech. for Producing Nano Particles  Commercial Application ; Inhaled Drug

  15. SFC Tech. for Producing Nano Particles • (1) RESS(Rapid Expansion of Supercritical Solutions) (2) GAS(Gas Anti-Solvent) SAS(Supercritical fluid Anti-Solvent) ASES(Aerosol Solvent Extraction System) SEDS(Solution Enhanced Dispersion by Supercritical Fluids) (3) PGSS(Particles from Gas Saturated Solutions) (4) RPSS(Reactive Precipitation in Supercritical Solution) Thermodynamics and Properties Lab. Dept. of Chemical and Biological Engineering, Korea Univ.

  16. RESS 나노 입자를 만들기 위한 물질을 초임계 유체에 용해 급속 팽창 가스상태의 초임계유체 Thermodynamics and Properties Lab. Dept. of Chemical and Biological Engineering, Korea Univ.

  17. 4㎛ 200㎛ RESS 아스피린의 원재료와 RESS로 만든 미세입자 Thermodynamics and Properties Lab. Dept. of Chemical and Biological Engineering, Korea Univ.

  18. GAS / SAS 용질이 녹아있는 용매를 결정기 내에 채움 초임계 유체 주입 용매 팽창 Thermodynamics and Properties Lab. Dept. of Chemical and Biological Engineering, Korea Univ.

  19. ASES 초임계 유체 내에 용액 분산 입자가 얻어지면 분사 중단 초임계 유체로 입자 세척 Thermodynamics and Properties Lab. Dept. of Chemical and Biological Engineering, Korea Univ.

  20. Commercial Application ; Inhaled Drug (Insulin) 코점막 내장벽 피부 폐 인체 각 부위의 세포막의 모양 • 인슐린은 단백질이나 펩티드 같이 분자량이 크고 3차원 구조를 갖는 약물은 코점막, 내장벽, 그리고 피부로 전달하기 어렵다. • 폐의 세포벽이 작아 통과 용이 Thermodynamics and Properties Lab. Dept. of Chemical and Biological Engineering, Korea Univ.

  21. Commercial Application ; Inhaled Drug (Insulin) •  임상 실험중인 약 : 인슐린, 몰핀, 골다공증 치료제 등… • 들이마시는 약물뿐만 아니라 코점막을 통한다던지 피부를 통하여 약물을 전달하는 기술이 개발되고 있다. • 인슐린을 나노 입자로 만들면… • - 인슐린을 상온에서 오랫동안 보관 가능 • - 주사를 맞는 고통에서 벗어나 매우 쉽고 간편한 방법으로 치료 가능 Thermodynamics and Properties Lab. Dept. of Chemical and Biological Engineering, Korea Univ.

  22. 기존의 난용성 약물 재검토 Commercial Drug (Nano particles) •  Tobramycin ;폐질환의 일종인 포낭 섬유가 감염된 경우 • Parathyroid Hormone ;주사로만 투여해야 하고 항체 출현 등 문제점이 있어왔던 골다공증 환자를 위한 부갑상선 호르몬 치료제 • Leuprolide ; 전립선 암이나 자궁 내막증 치료제 • Dronabinol ; 항암 치료 후 구토증세를 완화하거나, HIV/AIDS환자에게 식욕을 돋우는 데 사용 • C형 간염 치료제와 같은 나노 입자들 개발 Thermodynamics and Properties Lab. Dept. of Chemical and Biological Engineering, Korea Univ.

  23. Commercial Drug (Nano particles) •  Lysozyme, Albumin, Insulin, Trypsin의 나노 입자 SEM사진 Thermodynamics and Properties Lab. Dept. of Chemical and Biological Engineering, Korea Univ.

  24. Conclusion •  초임계 유체기술은 화학공학 분야의 새로운 영역 • 기존 공정에서의 저효율, 저품질, 저속, 환경에의 악영향 등과 같은 기술적 난제를 해결할 수 있는 기술로 주목 • 초기…추출공정, 크로마토그래피, 분획 등 •  최근…고분자공정, 의약품공정, 반도체공정, micro-machine제조공정, 청정반응 공정 분야에 관심 • 무한한 가능성을 가진 환경 친화적인 기술 • 초임계 유체기술로 나노 입자를 제조하는 기술은 고부가가치의 정밀화학, 의약품, 식품, 반도체 산업에서 두각 Thermodynamics and Properties Lab. Dept. of Chemical and Biological Engineering, Korea Univ.

  25. References • http://sfrl.kist.re.kr • http://www.laball.co.kr/thar/supercritical.htm • 한국 과학기술 연구원 초임계 유체 연구실(http://sfrl.kist.re.kr) • 그린텍21(http://www.greentek21.com/) • 동우과학 자료실(http://dwlab.co.kr/data/supercritical.htm) • 화학공학연구정보센터 개인연구정보 • : 이윤우(한국 과학기술 연구원 책임연원)(http://infosys.korea.ac.kr/) • http://www.dyenet.co.kr/DyeNews/252/염색/무수염색기술개발.htm • http://infosys.korea.ac.kr/broadcast/kiche/kiche_2001s.html • http://www.scrub.lanl.gov Thermodynamics and Properties Lab. Dept. of Chemical and Biological Engineering, Korea Univ.

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