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超臨界干燥設(shè)備干燥氣凝膠的主要影響因素
更新時(shí)間：2018-09-28 | 點(diǎn)擊率：2128
超臨界干燥設(shè)備干燥氣凝膠的主要影響因素：
與溶膠-凝膠過(guò)程相比,超臨界流體干燥過(guò)程所涉及的體系較復(fù)雜,工藝條件較多,且超臨界流體干燥過(guò)程的許多工藝條件對(duì)zui終氣凝膠的結(jié)構(gòu)和性能會(huì)產(chǎn)生較大的影響。因此,正確選擇這些工藝條件對(duì)制備高性能的氣凝膠至關(guān)重要。這些工藝條件主要有：干燥介質(zhì)種類、介質(zhì)流量,干燥時(shí)間、干燥溫度、干燥壓力等。
1.干燥時(shí)間的影響：
SiO2醇凝膠置于CO2超臨界萃取干燥的高壓萃取釜內(nèi),通入超臨界條件下的CO2進(jìn)行萃取干燥?？刂瞥R界條件為:壓力P=10MPa,溫度T=40℃,流速為10kg/min,分別萃取干燥5h、10h、20h,發(fā)現(xiàn)不同干燥時(shí)間得到的SiO2氣凝膠其比表面積是不同的,分別為574m2/g、583m2/g、603m2/g。
這說(shuō)明萃取時(shí)間越長(zhǎng),得到的氣凝膠比表面積也越大。但從綜合經(jīng)濟(jì)效益考慮,干燥時(shí)間應(yīng)擇優(yōu)選取。
2.干燥壓力的影響：
在保證達(dá)到超臨界流體條件下,隨著超臨界干燥壓力的增加氧化物氣凝膠的比表面積不斷下降。這是因?yàn)殡S著干燥壓力的增大,流體密度在增大,傳質(zhì)阻力在增加,引起了傳質(zhì)速率的減小,使氣凝膠比表面積下降。當(dāng)然,若壓力達(dá)不到超臨界的條件,溶劑的溶解能力會(huì)大大下降,并與固體顆粒間產(chǎn)生表面張力,脫除溶劑時(shí)容易發(fā)生凝膠結(jié)構(gòu)的破壞,導(dǎo)致表面積及孔體積的減小。因此*的干燥壓力應(yīng)選擇在稍大于介質(zhì)臨界壓力附近。
3.干燥溫度的影響：
MnO2氣凝膠,采用SCFD技術(shù)對(duì)凝膠進(jìn)行干燥,干燥過(guò)程中固定干燥反應(yīng)時(shí)間為2h,超臨界干燥壓力為6.6MPa,通過(guò)改變超臨界干燥溫度，結(jié)果顯示,隨著超臨界干燥溫度的升高,氣凝膠粉體的比表面積逐漸增加,在263℃達(dá)到zui大值然后隨溫度的升高,比表面積又逐漸減小。
這說(shuō)明在超臨界條件下,溫度有著兩方面的影響:一方面,溫度越高介質(zhì)流體的密度就越小,傳質(zhì)推動(dòng)力就大,有利于水的驅(qū)除,提高了氣凝膠的表面積另一方面,溫度越高,在水熱的作用下顆粒容易長(zhǎng)大,氣凝膠的表面積會(huì)減小。為此,應(yīng)根據(jù)這兩方面的消長(zhǎng)趨勢(shì),合理選擇一個(gè)*溫度。
4.干燥介質(zhì)的影響：
TiO2氣凝膠在制得醇凝膠后,分別采用超臨界乙醇和超臨界CO2為干燥介質(zhì)進(jìn)行TiO2醇凝膠的干燥?？刂瞥R界乙醇的干燥條件為:T=270℃,P=8Mpa,恒溫時(shí)間為0.5h超臨界CO2的干燥條件為:液體CO2置換乙醇的置換時(shí)間t=72h,T=42℃，P=9.0Mpa,干燥恒溫時(shí)間為5h。將不同干燥介質(zhì)所得的TiO2氣凝膠進(jìn)行光催化降解羅丹明B實(shí)驗(yàn)的比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,用CO2為干燥介質(zhì)所得的TiO2氣凝膠光催化活性優(yōu)于用乙醇為干燥介質(zhì)所得的氣凝膠。
因?yàn)镃O2干燥法的干燥溫度低,過(guò)程無(wú)易燃易爆氣體存在,所制備的氣凝膠粒子又不含碳,所以以CO2為干燥介質(zhì)的SCFD技術(shù)更易于工業(yè)化開(kāi)發(fā)。
5.介質(zhì)流量的影響：
ZrO2氣凝膠,通過(guò)設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)考察CO2流量等因素對(duì)ZrO2氣凝膠制備效果的綜合影響。采用四因素三水平正交實(shí)驗(yàn)條件為:CO2流量為0.42L/h、0.65L/h、0.90L/h干燥壓力為8.6MPa、9.0MPa、9.5MPa干燥時(shí)間為5h、6h、7h干燥溫度為40℃、50℃、60℃。
實(shí)驗(yàn)得出的*干燥條件為:CO2流量0.65L/h,干燥壓力9.5MPa,干燥時(shí)間6h,干燥溫度50℃。這說(shuō)明干燥介質(zhì)的流量與干燥效果不是呈簡(jiǎn)單的線性關(guān)系,而是存在一*值。其原因一方面是隨著CO2流率的增大,分散介質(zhì)乙醇與超臨界CO2流體之間的傳質(zhì)推動(dòng)力加大,萃取干燥速度加快另一方面假若CO2流率過(guò)大,則從凝膠表面提取乙醇的速度會(huì)過(guò)快,凝膠孔間會(huì)形成較大的乙醇濃度梯度,從而引起乙醇在孔間擴(kuò)散速率差異的增大,影響了凝膠內(nèi)部的結(jié)構(gòu),產(chǎn)生較多的破裂,不利于高比表面積氣凝膠的形成。
與溶膠-凝膠過(guò)程相比,超臨界流體干燥過(guò)程所涉及的體系較復(fù)雜,工藝條件較多,且超臨界流體干燥過(guò)程的許多工藝條件對(duì)zui終氣凝膠的結(jié)構(gòu)和性能會(huì)產(chǎn)生較大的影響。因此,正確選擇這些工藝條件對(duì)制備高性能的氣凝膠至關(guān)重要。這些工藝條件主要有：干燥介質(zhì)種類、介質(zhì)流量,干燥時(shí)間、干燥溫度、干燥壓力等。
1.干燥時(shí)間的影響：
SiO2醇凝膠置于CO2超臨界萃取干燥的高壓萃取釜內(nèi),通入超臨界條件下的CO2進(jìn)行萃取干燥?？刂瞥R界條件為:壓力P=10MPa,溫度T=40℃,流速為10kg/min,分別萃取干燥5h、10h、20h,發(fā)現(xiàn)不同干燥時(shí)間得到的SiO2氣凝膠其比表面積是不同的,分別為574m2/g、583m2/g、603m2/g。
這說(shuō)明萃取時(shí)間越長(zhǎng),得到的氣凝膠比表面積也越大。但從綜合經(jīng)濟(jì)效益考慮,干燥時(shí)間應(yīng)擇優(yōu)選取。
2.干燥壓力的影響：
在保證達(dá)到超臨界流體條件下,隨著超臨界干燥壓力的增加氧化物氣凝膠的比表面積不斷下降。這是因?yàn)殡S著干燥壓力的增大,流體密度在增大,傳質(zhì)阻力在增加,引起了傳質(zhì)速率的減小,使氣凝膠比表面積下降。當(dāng)然,若壓力達(dá)不到超臨界的條件,溶劑的溶解能力會(huì)大大下降,并與固體顆粒間產(chǎn)生表面張力,脫除溶劑時(shí)容易發(fā)生凝膠結(jié)構(gòu)的破壞,導(dǎo)致表面積及孔體積的減小。因此*的干燥壓力應(yīng)選擇在稍大于介質(zhì)臨界壓力附近。
3.干燥溫度的影響：
MnO2氣凝膠,采用SCFD技術(shù)對(duì)凝膠進(jìn)行干燥,干燥過(guò)程中固定干燥反應(yīng)時(shí)間為2h,超臨界干燥壓力為6.6MPa,通過(guò)改變超臨界干燥溫度，結(jié)果顯示,隨著超臨界干燥溫度的升高,氣凝膠粉體的比表面積逐漸增加,在263℃達(dá)到zui大值然后隨溫度的升高,比表面積又逐漸減小。
這說(shuō)明在超臨界條件下,溫度有著兩方面的影響:一方面,溫度越高介質(zhì)流體的密度就越小,傳質(zhì)推動(dòng)力就大,有利于水的驅(qū)除,提高了氣凝膠的表面積另一方面,溫度越高,在水熱的作用下顆粒容易長(zhǎng)大,氣凝膠的表面積會(huì)減小。為此,應(yīng)根據(jù)這兩方面的消長(zhǎng)趨勢(shì),合理選擇一個(gè)*溫度。
4.干燥介質(zhì)的影響：
TiO2氣凝膠在制得醇凝膠后,分別采用超臨界乙醇和超臨界CO2為干燥介質(zhì)進(jìn)行TiO2醇凝膠的干燥?？刂瞥R界乙醇的干燥條件為:T=270℃,P=8Mpa,恒溫時(shí)間為0.5h超臨界CO2的干燥條件為:液體CO2置換乙醇的置換時(shí)間t=72h,T=42℃，P=9.0Mpa,干燥恒溫時(shí)間為5h。將不同干燥介質(zhì)所得的TiO2氣凝膠進(jìn)行光催化降解羅丹明B實(shí)驗(yàn)的比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,用CO2為干燥介質(zhì)所得的TiO2氣凝膠光催化活性優(yōu)于用乙醇為干燥介質(zhì)所得的氣凝膠。
因?yàn)镃O2干燥法的干燥溫度低,過(guò)程無(wú)易燃易爆氣體存在,所制備的氣凝膠粒子又不含碳,所以以CO2為干燥介質(zhì)的SCFD技術(shù)更易于工業(yè)化開(kāi)發(fā)。
5.介質(zhì)流量的影響：
ZrO2氣凝膠,通過(guò)設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)考察CO2流量等因素對(duì)ZrO2氣凝膠制備效果的綜合影響。采用四因素三水平正交實(shí)驗(yàn)條件為:CO2流量為0.42L/h、0.65L/h、0.90L/h干燥壓力為8.6MPa、9.0MPa、9.5MPa干燥時(shí)間為5h、6h、7h干燥溫度為40℃、50℃、60℃。
實(shí)驗(yàn)得出的*干燥條件為:CO2流量0.65L/h,干燥壓力9.5MPa,干燥時(shí)間6h,干燥溫度50℃。這說(shuō)明干燥介質(zhì)的流量與干燥效果不是呈簡(jiǎn)單的線性關(guān)系,而是存在一*值。其原因一方面是隨著CO2流率的增大,分散介質(zhì)乙醇與超臨界CO2流體之間的傳質(zhì)推動(dòng)力加大,萃取干燥速度加快另一方面假若CO2流率過(guò)大,則從凝膠表面提取乙醇的速度會(huì)過(guò)快,凝膠孔間會(huì)形成較大的乙醇濃度梯度,從而引起乙醇在孔間擴(kuò)散速率差異的增大,影響了凝膠內(nèi)部的結(jié)構(gòu),產(chǎn)生較多的破裂,不利于高比表面積氣凝膠的形成。
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