2月19日雨水节气，北京制冷学会带领大家了解特殊形态的水——超临界水。

水在我们生活中再平常不过，对于大多数人来说，常见的水的形态也不过三种罢了。实际上，水并不仅仅有这三个形态，只不过第四种形态普通人很难见到。水的状态见图1，不同温度压力的水可分为四种状态，分别为固相、液相、气相以及超临界态。

超临界水，是指当气压和温度达到一定值时，因高温而膨胀的水的密度和因高压而被压缩的水蒸气的密度正好相同时的水。此时，水的液体和气体便没有区别，完全交融在一起，成为一种新的、呈现高压高温状态的流体。

图1水的相平衡图

超临界水的性质与特点

超临界水是一种特殊的流体，相比普通的液态水而言，超临界水的理化特性会发生变化，主要表现为氢键强度减弱、极性降低、扩散系数高、介电常数低等，如图2所示[1]。这种状态下的水不仅具备极强的氧化能力，而且还极其容易与油等物质混合，有较强的融合能力，在超临界水环境中，部分物质的反应速率可以达到惊人的上百倍。而且超临界水自带“硫酸”特性，它有着非常强的腐蚀型，很多金属都能被它轻易腐蚀掉。

图2 超临界水的主要性质[1]

超临界水的应用

超临界水凭借其特殊的物理化学性质而备受人们的青睐,是一种快速、有效、环保、节能的反应介质。

在能源领域，比如煤的超临界水热燃烧是一种不需要污染物末端控制就能实现煤的高效、清洁利用的新型燃烧技术，为煤基高碳能源的清洁转化利用提供了一条崭新的途径[2]。超临界水-煤气化技术还能制可燃气[3]。在环保领域，超临界水技术作为一种新兴的处理废旧塑料、活性污泥以及各种废水的方法得到了国内外研究工作者的广泛关注，该方法利用超临界水所具有的特殊理化性质，使废旧塑料在超临界水环境下发生热解反应，降解得到小分子物质，可以回收可燃气体、汽柴油和轻蜡等高附加值产物，过程无二次污染产生。此外，利用超临界水可以快速有效地制备高结晶度的粉体材料以及化学产品[4]。

目前，“超临界水”的应用还处于初步研究阶段，毕竟其合成过程难，想要维持状态更是不容易，成本非常高。但是随着科学的进步，我们相信会找到合适的低成本合成方法。

参考文献

[1]Wei Ning,Xu Donghai,Hao Botian, et al.. Chemical reactions of organic compounds in supercritical water gasification and oxidation[J]. Water Research, 2021,190: 116634.

[2]李艳辉,王树众,任萌萌,等.超临界水热燃烧技术研究及应用进展[J].化工进展,2016, 35(7): 1942-1955.

[3]孟庆云，姜海纳。超临界水-煤气化技术制可燃气研究进展。现代化工.2021, 41(7): 72-77.

[4] 宋续明,毛志强,赵亚平. 超临界水快速连续制备纳米磷酸铁锂正极材料. 无机盐工业, 2012, 44(9): 59-62

撰文：北京科技大学能源与环境工程学院副教授玄伟伟（北京市科协2020-2022年度青年人才托举工程被托举人）

审核：童莉葛

编辑：王晓童