與溶膠-凝膠過程相比,超臨界流體干燥過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程的許多工藝條件對最終氣凝膠的結(jié)構(gòu)和性能會產(chǎn)生較大的影響。因此,正確選擇這些工藝條件對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,干燥時間、干燥溫度、干燥壓力等。
1.干燥時間的影響：
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。
這說明萃取時間越長,得到的氣凝膠表面積也越大。但從綜合經(jīng)濟(jì)效益考慮,干燥時間應(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。這是因為隨著干燥壓力的增大,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,溶劑的溶解能力會大大下降,并與固體顆粒間產(chǎn)生表面張力,脫除溶劑時容易發(fā)生凝膠結(jié)構(gòu)的破壞,導(dǎo)致表面積及孔體積的減小。因此最優(yōu)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)對凝膠進(jìn)行干燥,干燥過程中固定干燥反應(yīng)時間為2h,超臨界干燥壓力為6.6MPa,通過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)到最大值;然后隨溫度的升高,比表面積又逐漸減小。
這說明在超臨界條件下,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大,氣凝膠的表面積會減小。為此,應(yīng)根據(jù)這兩方面的消長趨勢,合理選擇一個合格溫度。
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。控制超臨界乙醇的干燥條件為:T=270℃,P=8Mpa,恒溫時間為0.5h;超臨界CO2的干燥條件為:液體CO2置換乙醇的置換時間t=72h,T=42℃，P=9.0Mpa,干燥恒溫時間為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實驗的比較;實驗結(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。
因為CO2干燥法的干燥溫度低,過程無易燃易爆氣體存在,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)化開發(fā)。
5.介質(zhì)流量的影響：
ZrO2氣凝膠,通過設(shè)計正交實驗考察CO2流量等因素對ZrO2氣凝膠制備效果的綜合影響。采用四因素三水平正交實驗條件為:CO2流量為0.42L/h、0.65L/h、0.90L/h;干燥壓力為8.6MPa、9.0MPa、9.5MPa;干燥時間為5h、6h、7h;干燥溫度為40℃、50℃、60℃。
開原化機(jī)制造實驗得出的最優(yōu)干燥條件為:CO2流量0.65L/h,干燥壓力9.5MPa,干燥時間6h,干燥溫度50℃。這說明干燥介質(zhì)的流量與干燥效果不是呈簡單的線性關(guān)系,而是存在一最優(yōu)值。
