超临界气凝胶干燥系统

超临界气凝胶干燥仪一、什么是气凝胶它是一种固体相和孔隙结构均为纳米量级的无机非晶体多孔材料。具有连续无规则的开放纳米网络结构，孔隙率高达80%~99.8%多孔纳米结构使得它在宏观上表现出纳米材料*的界面效应和小尺寸效应，同时具有低折射率、低介电常数、低传声速度、低传热系数等优异的性质。材料以其优异的结构性能在隔热隔声材料、催化剂及催化剂载体材料、废气吸附材料、光学材料等等诸多其他领域都有着非常广泛的应用。 二、成型过程 溶胶→凝胶→凝胶老化→干燥。 前体溶液在催化剂的作用下形成胶体粒子分散在溶剂中→溶胶。溶胶中的胶体粒子经聚集缩合的凝胶过程形成无序交联具有空间三维网络结构的湿凝胶； 刚成形的湿凝胶，三维结构强度不够，很容易破碎断裂，故需在母液中老化一定时间。 老化时，凝胶内部和表面尚未反应的官能团（羟基、羧基、醚键、醛基、羰基等）会进一步缩合，使得所制备的凝胶的强度提高； 老化后，再干燥，不能破坏凝胶结构，使纳米量级孔结构中的溶剂被带走清除，得到高孔隙率、低密度的多孔固体材料: 湿溶胶→气凝胶（带很多气孔的轻质固定材料）。 三、干燥方法 在湿凝胶成为气凝胶的过程中，凝胶结构要承受巨大的干燥应力，这种应力会使凝胶结构持续的收缩和开裂，导致结构塌陷。 干燥应力主要来自于毛细力（主要压力）、渗透压力、分离压力等。 （备注：毛细力，产生是在三相界面上内弯液面引起----液面弯曲产生的。毛细力的方向：作用方向始终指向弯曲液面的凹面（凹凸弯液面是指相对于液相一侧言的）。毛细现象（capillarity） 在一些线度小到足以与液体弯月面的曲率半径相比较的毛细管中发生的现象。毛细管中整个液体表面都将变得弯曲，液固分子间的相互作用可扩展到整个液体。）湿凝胶干燥过程中，溶剂的挥发，孔道中的固液相界面向高能的固气相界面转变，形成弯月面，毛细力产生；在凝胶微孔结构中，由于孔道半径为纳米量级，其承受的毛细力非常大。凝胶结构中孔径大小并不均一，不同孔道承受的毛细力不同；溶剂挥发的毛细力从凝胶表面到凝胶内部产生巨大梯度，导致凝胶结构受力不均，造成凝胶结构的塌陷（凝胶结构会出现较大的收缩甚至开裂），最终得不到结构理想的气凝胶。 影响干燥应力的主要因素包括：凝胶结构的强度、凝胶的孔径大小与均一度、凝胶内溶剂的表面张力、溶剂与凝胶结构表面的接触角等。可以调节各类因素有效控制干燥应力对凝胶结构的破坏程度，提高成功概率及生产效率。 常规干燥方法：超临界干燥 在高于临界温度和压力的条件下，凝胶中的溶剂被替换成特定的超临界流体， 再通过先降压再降温的方式将凝胶孔径中的超临界流体转化为气体，得到干燥气凝胶。 原理：液-超临界相变和超临界-气相变替换了常规方法中的液-气相变，有效避免了在液-气相变中产生的干燥应力。 超临界干燥方法：1、高温超临界干燥：事例：硅气凝胶干燥。用甲醇等有机溶剂作为超临界流体。达到超临界条件时，高温导致硅凝胶结构表面为反应性的—OH基团与有机溶剂（如甲醇）发生二次酯化反应，亲水性的—OH 被取代为疏水性的烷基基团。 得到的气凝胶在空气中不会因吸收水分而导致结构开裂，稳定性强。 弊端：在高温高压条件，易燃的有机溶剂作为超临界流体，使得实验过程相对危险，对于相关设备要求苛刻。 2、低温超临界干燥二氧化碳作为超临界流体，通过低温超临界干燥制备出了硅气凝胶。临界温度非常容易达到的二氧化碳成为了低温超临界干燥中常采用的流体，其较低的临界温度（31℃）和临界压力（7.39MPa）以及二氧化碳的无毒和不易燃等特性使得低温超临界干燥技术更加安全。 弊端：CO2与水的相容性较差，必须先对湿凝胶进行水-乙醇置换，后由二氧化碳置换凝胶中的乙醇，经过干燥得到气凝胶。用二氧化碳低温超临界干燥方法得到的硅气凝胶不具有疏水性，得到的气凝胶表面具有亲水性—OH基团（故需要密闭存放，此方法得到的材料应用在干燥的环境中）。 3、方法对比：二氧化碳超临界干燥得到的硅气凝胶比在甲醇超临界干燥得到的硅气凝胶结构中的微孔率更高。可能是甲醇的临界温度和压力较高，加快了凝胶的老化（或部分孔隙的塌陷），使得凝胶结构变粗，孔隙率降低。冷冻干燥 冷冻干燥是通过避免液-气相界面在干燥过程中的毛细压力来实现凝胶干燥的方法。这种方法要求凝胶中的溶剂必须具有较低的扩散系数和较高的升华压强。溶剂在凝胶孔道中先被冷冻，然后再在真空条件下升华成为气态，得到干燥的气凝胶。冷冻干燥方法对于凝胶的结构强度要求较高，需要对凝胶进行较长时间的老化以获得足够高的强度。但是仍然会出现由于凝胶孔道中溶剂冷冻结晶而导致凝胶孔结构塌陷，故冷冻干燥方法没有普用性。 4、常压干燥常压干燥取决于凝胶的骨架结构强度、凝胶结构均一度、凝胶内溶剂的表面张力和凝胶表面的接触角，必须调节控制降低干燥应力。可能性的调节过程：通过控制溶胶-凝胶过程和老化过程来提高凝胶结构强度和均一度，通过表面改性或选择合适的前驱体来调节凝胶表面接触角，选表面张力较小的溶剂。表面改性和置换表面张力较小的溶剂是常压干燥中主要的步骤。表面改性的方法两种：一种是共前驱体法，即将改性剂与硅溶胶混合，改性剂也作为反应单体与硅溶胶一起发生聚合反应得到具有疏水特性的凝胶结构； 一种为凝胶后对凝胶表面进行改性。以有机硅为原料的硅气凝胶制备通常用的一种方法。以无机硅为硅源形成的硅气凝胶材料通常采用第二种改性方法，即将二氧化硅颗粒表面的Si-OH基团烷基化为Si-R基团，得到具有表面疏水特性的凝胶。由于凝胶表面的烷基化需要在有机溶剂中进行，在表面烷基化改性时，还需要对凝胶进行漫长的透析和溶剂置换。四、应用分析用超临界干燥法制备的材料，才是真正意义上的气凝胶，而常压干燥或冷冻干燥法制备的材料只能算“类气凝胶"材料。 型号：XT2000 CC设计体积：200ml--25L设计压力：10Mpa~100Mpa设计温度：-40℃~450℃主要配置：主超临界腔体 增压系统 压力安全控制器PSE(软件控制) 恒温恒压排气系统（避免巨大的压降导致空隙塌陷，及温度的下降导致的干燥不充分）含气液分离，冷凝，回收等 防爆设计：有机干燥 非防爆设计 ：CO2干燥加热温度控制系统 程序化工作站平台 升降平台（可选）

超临界干燥仪 SCD-380A原理：超临界流体具有类似气体的扩散性及液体的溶解能力，同兼具低黏度，低表面张力的特性，使得超临界流体能够迅速渗透进入微孔隙之中。因此用于萃取/干燥时速率比液体快速而有效，尤其是溶解能力可随温度，压力和极性而变化。传统干燥方法，液体在高温条件下直接转化成气体，这样会产生一定量的表面张力变化，将有可能破坏样品的精细结构，对于特殊的样品，比如，溶胶凝胶、生物样品、结构不稳定的多孔材料等，使用传统干燥方法预处理样品将导致样品结构被损坏。而使用临界点干燥法中，介质采用液态二氧化碳--超临界二氧化碳--气体二氧化碳这种相变方法，将分界面的表面应力降为零，则可以保存样品的精细结构。技术参数 项目参数系统耐压15MPa样品池体积30-2000ml，其他尺寸可定制控温范围0℃-60℃，更高温度可定制流量控制范围10-10000ml/min内置过滤装置精度0.5微米耐高压过滤器超临界流体默认为二氧化碳，其他流体可定制产品特点：无损干燥和清洗，可用于Mofs、凝胶、生物样品、晶元片等多种样品的干燥和清洗；全自动设计，无任何外漏阀门，触摸屏幕显示干燥流程进度，程序控制软件操作界面按照实验流程展示，要求根据实验进展配有颜色变化，并伴有实验时间，实时压力、温度、流量数据等展示，能全程掌握实验细节和变化；内置多种材料实验流程可选，支持自定义个性化处理方案；带有顶部填充和底部排空的垂直样品腔，利于介质排出和样品放置；带视窗的高压样品腔，体积30-1800ml可选，更大体积可定制；仪器正常工作压力为0-10MPa，出厂检测系统耐压15MPa（2150psi），保证安全可靠。仪器备有超压自动泄压系统，确保压力可控。自动控制温度以及压力，并配有压力模块保持系统压力的稳定性；样品室顶部设有观察窗和照明，便于观察液体充盈状态；完备的过滤系统，外置两级过滤器和内置0.5μm过滤器保护样品与微调阀门；多种样品支架适用于不同特点的材料；所有管路和阀门主体材质为316不锈钢，均适用于超临界二氧化碳和乙醇；内置压缩机制冷和样品池保温，无需水浴冷却系统和额外的二氧化碳制冷；坚固防腐蚀的箱体，带有电源、加热指示灯。 登录界面 软件界面标配附件：柔性高压LCO2管线，1.5米，连接钢瓶和仪器；外置过滤器（过滤精度：0.5um），配套高压软管；粉末样品和块状样品支架；防静电排空管线2根，各1.5米；备用样品室密封环（2）；安装工具一套；用户说明书及使用指南；终生免费技术支持。用户需配备：钢瓶装二氧化碳（带虹吸管）；99.9%纯度乙醇（或者其他适用介质）。

超临界流体干燥机 R-403超临界干燥是一种去除溶剂并且不引起表面张力效应的方法。随着液体的蒸发，表面张力会拖曳固体中的小结构，造成固体扭曲或收缩。在超临界条件下，不存在表面张力，清除超临界流体不会影响固体形状。超临界干燥用于制造气凝胶，干燥一些易被破坏的材料，如考古样品或是用于电子显微镜实验的样品。规格反应槽容量50ml ~ 50L温度范围-35 ~ 350℃压力范围(依容器而定)真空 ~ 413 bar控制箱一般加热器电子加热器、夹套式加热装置操作控制手动操作或全自动计算机控制主体架构桌上型/落地式材 质304SS,316SS,HastelloyC-276, Inconel, Titanium… 等密合方式扣住式,自动化气缸,螺栓型接 口流体入口, 流体出口, 取样,压力表, 安全阀… 等组 件冷凝器,分离器,接收罐,冷却器… 等