超臨界流體干燥技術(shù)是利用超臨界流體的特性，作為開發(fā)的新型干燥方法，廣泛應(yīng)用于氣凝膠干燥、醫(yī)用材料制備、催化劑制備、超細(xì)材料制備等多個(gè)領(lǐng)域。特別要指出的是，超臨界流體干燥技術(shù)是制備高比表面積、孔體積、低密度、熱導(dǎo)率高的塊狀凝膠和納米粉末的重要方法之一。下面簡(jiǎn)要介紹了該技術(shù)的工作原理、技術(shù)特點(diǎn)、流程、應(yīng)用情況。

    一、超臨界流體干燥技術(shù)原理

    超臨界流體干燥技術(shù)是干燥介質(zhì)處于臨界溫度和臨界壓力狀態(tài)時(shí)完成材料干燥的技術(shù)。一，干燥介質(zhì)在超臨界狀態(tài)下進(jìn)入干物內(nèi)部，與溶劑分子溫和快速地交換溶劑。然后改變操作參數(shù)(溫度、雪)，使流體從超臨界狀態(tài)變?yōu)闅怏w，從干燥的原料中釋放出來，達(dá)到干燥效果。使用超臨界流體干燥技術(shù)，干燥的物質(zhì)不會(huì)收縮或破裂，能大大保持干燥物體的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)，有效防止材料的重新結(jié)合、凝固。

    超臨界流體干燥三相點(diǎn)

    二、超臨界流體干燥技術(shù)特點(diǎn)和工藝

    超臨界流體干燥技術(shù)特性

    超臨界流體干燥技術(shù)與傳統(tǒng)干燥技術(shù)相比，在生產(chǎn)過程中重新組合材料，使干燥材料的基本顆粒變厚，材料整體低于表面積，孔隙率減少等問題具有以下優(yōu)點(diǎn)：

    保存干物的結(jié)果是，超臨界流體干燥過程溫和，在干燥物干燥時(shí)，更避免因應(yīng)力作用破壞物體結(jié)構(gòu)。

    高效超臨界流體具有高擴(kuò)散系數(shù)特性，因此干燥速度更快。

    具有殺菌效果的超臨界流體干燥過程是在高壓條件下進(jìn)行的，在脫溶劑時(shí)還有殺菌效果。

    純度高的臨界流體干燥技術(shù)對(duì)分子量大、沸點(diǎn)高的揮發(fā)性物質(zhì)具有高溶解度，干燥后純度高。

    超臨界流體干燥技術(shù)工藝

    根據(jù)使用的介質(zhì)，超臨界流體干燥可分為以下三種：

    高溫超臨界有機(jī)溶劑干燥首先利用無機(jī)鹽制作明膠，然后用類固醇類先更換水凝膠的水，得到酒精凝膠，然后將酒精凝膠超臨界干燥，準(zhǔn)備凝膠。優(yōu)點(diǎn)：過程簡(jiǎn)單，易于操作。缺點(diǎn)：有機(jī)溶劑有毒且安全。

    低溫超臨界CO2干燥利用CO2以干燥介質(zhì)代替有機(jī)溶劑進(jìn)行超臨界干燥，即低溫超臨界CO2干燥。這個(gè)過程屬于純粹的物理過程。CO2液體的優(yōu)點(diǎn)：CO2的臨界溫度接近室溫，不易燃。缺點(diǎn)：工藝過程復(fù)雜，需要用液體CO2代替凝膠孔內(nèi)的液體溶劑，然后進(jìn)行超臨界CO2干燥。低溫超臨界CO2萃取干燥是將低溫超臨界CO2干燥溶劑更換過程中使用的液體CO2轉(zhuǎn)化為超臨界CO2流體，即低溫超臨界CO2萃取干燥過程。CO2流體的優(yōu)點(diǎn)：與低溫超臨界CO2干燥作業(yè)相比，該方法可以進(jìn)一步縮短整體干燥時(shí)間，大大降低運(yùn)營(yíng)成本。

    三、超臨界流體干燥技術(shù)的應(yīng)用

    氣凝膠干燥

    目前，利用超臨界干燥技術(shù)制作了多種氣凝膠，包括Fe2O3-SiO2氣凝膠、TiO2氣凝膠、SiO2氣凝膠、氧化鋁氣凝膠等。

    (1)Fe2O3-SiO2二元?dú)饽z：研究人員以硅酸鹽乙酯、硝酸鐵水溶液、乙醇為原料，按一定比例直接制作酒精凝膠，用高溫超臨界有機(jī)溶劑干燥法干燥酒精凝膠，得到Fe2O3-SiO2二元?dú)饽z，通過TEM分析，發(fā)現(xiàn)該氣凝膠顆粒直徑約為8nm。

    高溫超臨界有機(jī)溶劑干燥法干燥醇凝膠得到Fe2O3-SiO2二元?dú)饽z。

    (2)TiO2氣凝膠：研究人員以鈦酸四丁基、水、乙醇為原料制成酒精凝膠，然后用液體CO2代替溶劑，更換時(shí)間為90h，低溫超臨界CO2干燥控制條件為T=42，P=9.0MPa，T=。

    低溫超臨界CO2干燥技術(shù)制備TiO2氣凝膠SEM

    (3)Al2O3氣凝膠：研究人員以鋁溶膠、無水乙醇為原料制作酒精凝膠，然后將結(jié)果凝膠放入密閉高壓萃取部，以超臨界二氧化碳(溫度55，壓力20MPa)通過，從酒精凝膠中提取乙醇，提取4H。從分離部觀察不到乙醇后，繼續(xù)干燥，干燥1h，然后慢慢釋放氣體到大氣壓，得到Al2O3氣凝膠。整個(gè)干燥過程只占液體CO2置換超臨界干燥法所需時(shí)間的7%。