低温超临界干燥制备TiO2气凝胶

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Titania aerogel prepared by low temperature supercritical drying

V.S

ˇtengl *,S.Bakardjieva,J.S ˇubrt,L.Szatmary Institute of Inorganic Chemistry,Academy of Czech Science (AS CR),25068R ˇez ˇ,Czech Republic Received 31March 2005;received in revised form 28September 2005;accepted 31October 2005

Available online 27December 2005

Abstract

Mesoporous titania aerogel with high surfaces area (1086m 2g à1)were prepared by two steps:heterogeneous precipitation of aqueous solution containing TiOSO 4and ammonia,followed by continuous supercritical extraction with CO 2after replacement of the water with n -propanol/benzene mixture.The total pore volume of as obtained aerogel is 3.44cm à3g à1and the main pore diameter is 20–80nm.The structure evolution of titania aerogel during heating was studied by DTA and high temperature XRD analyses.At 450°C titania aerogel transforms to polycrystalline anatase.The morphology and microstructure characteristics of both titania aerogel and anatase samples were obtained by SEM,HRTEM,BET and BJH methods.Anatase reveals high photocatalytic activity during the degradation of 4-chlo-rophenol in aqueous suspension.

ó2005Elsevier Inc.All rights reserved.

Keywords:Aerogels;Titanium oxide;Supercritical drying;Carbon dioxide

1.Introduction

Nanophase materials,with their gram sizes or phase dimensions in the nanometer size regime,are now being produced by a wide variety of synthesis and processing methods.The interest in these new ultra?ne-grained mate-rials results primarily from the special nature of their various physical,chemical,and mechanical properties and the possibilities of controlling these properties during the synthesis and subsequent processing procedures.Since it is now becoming increasingly apparent that their proper-ties can be engineered e?ectively during synthesis and processing,and that they can also be produced in quantity,nanophase materials should have considerable potential for technological development in a variety of applications.Among these materials,one of the very important,is nanocrystalline anatase (TiO 2),widely used now for photocatalytic air and water puri?cation and many other purposes based on photocatalytic oxidation and decompo-

sition of organic pollutants [1–4].The material can be also

used for solar energy storage and conversion [5,6]organic syntheses [7],etc.Titanium dioxide is one of the most pop-ular and promising materials for these purposes,because of its stability,commercial availability and ecological safety.According to the literature [8–10],the photocatalytic activ-ity of suspended TiO 2in solution strongly depends on the physical properties of TiO 2(e.g.,crystal structure,surface area,surface hydroxyls,and particle size).In this respect,attempts have been made to prepare TiO 2particles with high surface area,suitable porosity and a distinct shape (?lms,spheres,rods,etc.)in order to suit this material to the demands of its application [11,12].To achieve good photocatalytic activity,the material should contain as low as possible amount of amorphous material [13].Su?-cient amount of surface OH àgroups is also needed in order to stabilize the active ion–hole pairs in the form of surface OH ?and O à2radicals on the surface of the TiO 2photocatalyst [14].Current attention has been focused on the preparation of nanometer TiO 2particles using super-critical ?uid drying.According to Matson et al.[15,16]supercritical ?uid state is a state of material that its temper-ature and pressure are higher than its critical temperature

1387-1811/$-see front matter ó2005Elsevier Inc.All rights reserved.doi:10.1016/j.micromeso.2005.10.046

*

Corresponding author.Tel.:+420266173534;fax:+420220940157.

E-mail address:stengl@iic.cas.cz (V.S

ˇtengl).

https://www.360docs.net/doc/735115631.html,/locate/micromeso

Microporous and Mesoporous Materials 91(2006)

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and critical pressure.In supercritical?uid drying of nano-meter particle preparation,solvent can be removed without surface tension e?ect and the coagulation of particles,the-oretically can be avoided.Recently,Hu et al.[17]prepared nanometer titanium oxide with n-butanol supercritical drying.The technique mainly consisted of sol preparation, replacement of water in precipitate using n-butanol and supercritical drying.Anatase and rutile mixture with a particle size of10–20nm was obtained using the prepara-tion technique.The present state of supercritical drying ca be divided into the high-temperature and low tempera-ture methods,usually based on alcoholic solvents and CO2,respectively[18].

The aim of our research was to obtain nanosized TiO2in pure anatase form with high surface area.We try to develop relatively cheap n-propanol/benzene supercritical ?uid drying technique—the water of the primary precipi-tate obtained from aqueous solution containing TiOSO4 and ammonia was replaced with n-propanol/benzene mix-ture followed by continuous supercritical extraction with CO2.

2.Experimental

2.1.Preparation of aerogel of titanium oxide

A wet gel of titanium(IV)hydroxide was prepared by mixing aqueous solutions of ammonia(25%)and0.2M solution of TiOSO4under stirring at temperature0°C. The wet gel(denoted as SAMPLE1)was separated by ?ltration,washed few time with distilled water by decanta-tion,and loaded into the?ask of an apparatus for solvent replacement by distillation,as described in[17].The?ask was?lled with a1:2mixture of propanol and benzene. The distillate,composed of a mixture of water and organic phase,was collected in a separating funnel,the organic material was recycled in to?ask and the process was con-tinued until all water had been removed from the gel. After solvent replacement,the gel was?ltered of and loaded in to?ask with acetone on24h.The wet gel from acetone was converted to an aerogel(denoted as SAM-PLE2)by low temperature supercritical drying with CO2 in supercritical extraction system(model CPD7501Quo-rum Technologies)at pressure80bars,drying times24h and temperatureà12°C,?ow rate10mL minà1at tem-perature33°C.

2.2.Heat treatment of aerogel of titanium oxide

On the basis of high temperature XRD results(Fig.1) the aerogel of titanium oxide obtained from the low tem-perature supercritical drying was heated under dynamic vacuum(80mbar)at temperature450and550°C for2h by using furnace controlled by the PID controller in the stainless steel tube.The temperature increase rate was 1°C/min.After the heat treatment,the sample was allowed to cool in room temperature.2.3.Characterization methods

Speci?c surface area of the samples was determined from nitrogen adsorption–desorption isotherms at liquid nitrogen temperature using a Coulter SA3100instrument with outgas15min at120°C.Speci?c surface area was cal-culated by the BET[19]method,while the pore size distri-bution(pore diameter and pore volume)was determined by the BJH[20]method.

Transmission electron micrographs were obtained using a JEOL JEM3010microscope(LaB6cathode),operating at accelerating voltage of300kV and equipped with CCD GATAN MULTISCAN(model794)and EDS spec-trometer(INCA x-stream module OXFORD).The sam-ples for electron microscopy were prepared by grinding in an agate mortar and subsequent dispersing the powder in ethanol.The suspension was treated in ultrasonic bath for about10min.A drop of very dilute suspension was applied on carbon-coated grid.

SEM studies were performed using a Philips XL30CP microscope equipped with EDX,Robinson,SE and BSE detectors.The sample was placed on an adhesive C slice and coated with Au–Pd alloy10nm thick layer.

X-ray powder di?raction patterns were obtained on a Siemens D5005instrument using Cu K a radiation(40kV, 30mA)and di?racted beam monochromator.Qualitative analysis was performed with the Eva Application and the Xpert HighScore using the JCPDS PDF-2database.Crys-tallite size of the heated samples was calculated from the Scherrer[21]equation using the X-ray di?raction peak at 2H=25,29°.

DTA–TG–MS measurements were carried out by using a simultaneous Netzsch Instrument STA409coupled to Quadrupol Mass Spectrometer Balzers QMS-420under dynamic conditions in the air(?ow rate75mL minà1). The samples were heated at the rate of10K minà1.

Photocatalytic activity characterization.The mineraliza-tion of4-chlorophenol(4-CP)in an aerated aqueous slur-ries was measured and the kinetics of the reaction was assessed by?tting.Seventy milligrams of the investigated photocatalyst sample were quantitatively transferred,using 63mL of distilled water,into the inner tube of the photo-reactor and kept in dark for about1h.Then,7mL of 0.001M solution of4-chlorophenol(4-CP)were added that completed the total volume up to70mL.The prepared sus-pension was then magnetically stirred for about1h in dark to achieve the adsorption equilibrium.The solution amount of1mL was taken as a blank probe before irradi-ation and,after?ltration of the catalyst submitted to the HPLC analysis.After that,the inner tube was put into the photoreactor and irradiation started.At appropriate irradiation times,1mL probes of the irradiated suspension were taken and analyzed by HPLC in the same way as the blank probe.To complete a set of HPLC measurements for a sample,the amount of0.0001M4-CP solution in water was analyzed under the same conditions.By this way we estimated the amount of4-CP initially adsorbed on TiO2

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particles,which was removed together with the powder in the?ltration process.After?nishing the HPLC analysis of each sample the integrated areas or heights of the peaks were plotted as a function of the irradiation time.

Quartz water-jacketed laboratory photoreactor,mag-netically stirred and continuously irradiated with one ‘‘black light’’lamp(k=365nm,I0=5.3·10à5Ein-stein dmà3sà1)was used.A self-constructed photoreactor consists of two coaxial quartz tubes placed in the middle of a steel cylinder with an aluminum foil covering its inner wall.Inner quartz tube(diameter24mm,length300mm) was?lled with the investigated suspension(70mL)and magnetically stirred.Cooling water was circulating between the inner and the outer quartz tube to keep con-stant temperature of20°C.The HPLC measurements were carried out by using a Merck device with L-6200Intelligent Pump,L-3000Photo Diode Array Detector and D-2500 Chromato-Integrator.Mobile phase methanol/water(2:3; v/v)and a Merck column LiChroCART125-4?lled with LiChrosphere100RP-18(5l m)were used,injection loop was20l L,?ow rate1mL minà1and detection wavelength 280nm were applied.The solid sample necessarily together with the adsorbed portions of the dissolved molecular spe-cies was removed before HPLC,using a?ltration by a Millipore syringe adapter(diameter13mm)with?lter 408(porosity0.45l m).Detailed experimental procedures can be found elsewhere[22].

3.Results and discussion

3.1.Thermal analysis of the titanium gel

Fig.1show a typical thermal analysis of the titanium gel SAMPLE1used in the synthesis.DTA curve shows,that water started evolves at low temperature(endothermic peak start at temperature155°C)and achieves maximum at250°C,which correspond fracturing of–OH groups. Carbon dioxide was detected in the gas phase at tempera-ture$150°and peaked at331°C.The exothermic maxi-mum at temperature430°C correspond with transition to anatase in high temperature XRD.The limit of the calcina-tions temperature to anatase used in the synthesis was 450°C.At these conditions we obtained the?nal solids product consisting of anatase nanoparticles without any traces of precursors.

3.2.Adsorptions isotherms and speci?c surface area

Surface area,pore volume and pore size distribution of the materials were obtained from N2adsorption–desorp-tion isotherms(BET and BJH methods)at temperature of liquid nitrogen on Coulter SA3100instrument.Prior to measurements the Ti-aerogels,directly after CO2extrac-tion,were degassed at temperature150°C for30min.A typical nitrogen adsorption–desorption isotherms obtained for all samples is shown in Fig.2.The isotherms are closed hysteresis loops type A and have classi?cation for cylindri-cal pores open at both ends[23].The speci?c surface area and total pore volume of samples are shown in Table1. Pore size distribution shift to mesoporous using low tem-perature supercritical drying(see Table2).

3.3.X-ray di?raction(XRD)

Fig.3shows the X-ray di?raction patterns of both,an aerogel SAMPLE2prepared by low temperature supercrit-ical drying and SAMPLE3prepared by thermal treatment of titania aerogel at450°C.They are all similar and

exhibit Fig.1.DTA curves of the

SAMPLE1.Fig.2.Nitrogen adsorption–desorption isotherm of the SAMPLE2.

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characteristic peaks for TiO2(anatase modi?cation,PDF 21-1272).

The XRD spectrum of the Ti-aerogel(SAMPLE2)syn-thesized by low temperature supercritical drying with CO2

indicate a di?use pattern with relatively broad peaks and weak intensity and con?rms X-ray amorphous sample. Energy-dispersive X-ray microanalysis was performed on the Ti-aerogel due to acquire semiquantitative elemental information.EDX analysis con?rmed the empirical com-position of58.47wt%Ti and41.53wt%O.This value were looked to be in accordance with the theoretical composi-tions of TiO2.The EDX information was believed to be correct to about±3%.

The XRD spectrum labeled SAMPLE3belongs to the heated Ti-aerogel at450°C.Calcination in oxygen at 450°C using a heating rate of1°C minà1was an e?ective heat treatment procedure for obtaining pure polycrystalline anatase TiO2(ICDD PDF21-1272).

High temperature XRD di?ractogram of SAMPLE2is in Fig.4.The transition to anatase modi?cation is at tem-perature420°C,and transition anatase–rutile at tempera-ture920°C.The temperature of transition to anatase correspond with the results of DTA–TG(see Fig.1).

3.4.Electron microscopy(SEM and HRTEM)

Fig.5shows the SEM micrographs of Ti-aerogel(SAM-PLE2)obtained by continuous supercritical extraction with

Table1

Speci?c surface areas,S BET and total pore volume,V p,of Ti-aerogels

Sample Temperature of heating(°C)S BET(m2gà1)V p(cc gà1)Phase identi?ed by XRD L25,29(2H)(nm) SAMPLE1–785.20.78Amorphous–

SAMPLE2–1085.2 3.44Amorphous–

SAMPLE3450364.3 2.23Anatase 4.2

SAMPLE4550253.1 1.74Anatase 4.4

Table2

Desorption BJH pore size distribution of prepared samples

SAMPLE1SAMPLE2SAMPLE3SAMPLE4

Pore diameter (nm)Pore

volume

(cc/g)

%Pore diameter

(nm)

Pore volume

(cc/g)

(%)Pore diameter

(nm)

Pore volume

(cc/g)

(%)Pore diameter

(nm)

Pore volume

(cc/g)

(%)

Under60.2955.03Under60.15 4.42Under60.020.98Under60.05 3.18 6–80.0917.966–80.09 2.716–80.07 3.006–80.03 1.99 8–100.047.428–100.06 2.008–100.08 3.638–100.02 1.42 10–120.02 5.2810–120.09 2.7510–120.15 6.2110–120.03 1.90 12–160.01 3.5612–160.15 4.5712–160.187.5612–160.05 2.93 16–200.01 2.3416–200.257.3116–200.197.7016–200.08 4.44 20–800.03 6.1120–80 2.2363.9520–80 1.3956.3120–800.9349.44

Over800.01 2.32Over800.4212.29Over800.3614.61Over800.65

34.72

Fig.3.XRD patterns of the specimens SAMPLE2and

SAMPLE3.

Fig.4.High temperature XRD of the SAMPLE2.

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CO 2after replacement of the water with n -propanol/ben-zene mixture.It can be seen that titania aerogel consists

of large micron-scale agglomerates.This agglomerates are not accurate spheres in shape and not very uniform in size.We suppose that the morphology of a SAMPLE2depend on the weak coagulation among particles,which may be resulted from the in?uence of H 2O and solvent mixture (n -propanol:benzene =1:2).

Fig.6(a)and (b)are the morphologies of the TiO 2,ana-tase modi?cation (ICDD PDF 21-1272),obtained by heat-ing of titania aerogel (SAMPLE2)at 450°C.The spherical particles consist of primary 4–5nm anatase nanocrystals can be observed.The result indicates that there existed no marked the sintering between particles at this temperature.Fig.6(c)and (d)reveal polycrystalline anatase with high quality of nanocrystallites without fraction of amorphous substance.The ?ne fringe spacing is 0.37nm corresponding to the (103)plane of anatase.This fact seems to be the main reason for the highest catalytic activity of SAMPLE3dur-ing the degradation of 4-chlorophenol in H 2O solution.Selected area di?raction (SAD)patterns (inserted in Fig.6)include a series of continuous Debye–Scherrer rings that correspond to (1)0.36,(2)0.24,(3)0.19nm in the d -spacing,denoting anatase crystal lattice planes with Miler indices (010),(004),(200),respectively.The ring patterns con?rmed the polycrystalline anatase specimen (tetragonal,space group I4/amd )consisting of many nano-crystals (4–5nm)with a random orientation.3.5.Photocatalytic activity

It followed from Fig.7that the prepared specimen SAMPLE3and SAMPLE4show good

photocatalytic

Fig.5.SEM image of the

SAMPLE2.

Fig.6.HRTEM image of the SAMPLE3.

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properties for the decomposition of 4-chlorophenol in an aqueous slurry under UV radiation.The time dependences of the 4-CP decomposition were ?tted by using Eq.(1)for the ?rst-order kinetics reaction [24].It is obvious from Fig.7that the ?rst-order kinetics curves (plotted as lines)?tted to all experimental points.d ?CP

d t

?k ea 0à?CP Te1T

where [CP]is concentration of 4-CP,a 0is initial concentra-tion of 4-CP and k is rate constant.

The rate constant k of the SAMPLE3heated at temper-ature 450°C is 0.0291and SAMPLE4heated at tempera-ture 550°C is 0.135.It is evident that the photoactivity of SAMPLE3is higher to the standard photocatalyst P25Degussa (rate constant 0.0203).Lower photoactivity of SAMPLE4depend on decreasing of surface area (see Table 1).

4.Conclusion

Amorphous TiO 2?n H 2O (SAMPLE1,surface

area =785m 2g à1

)were prepared reaction of titanium sul-phate with aqueous solution of ammonium hydroxide at temperature 0°C.The wet gel was converted to titania aerogel (SAMPLE2,surface area =1085m 2g à1)by method low temperature supercritical drying with CO 2.The titania aerogel was converted to anatase (SAMPLE3,surface area =364m 2g à1,SAMPLE4,surface area =

253m 2g à1),by heating at temperature 450and 550°C.

The conversion of modi?cation was determined by high temperature XRD.The anatase SAMPLE3prepare by heating of titanium aerogel at temperature 450°C have higher photocatalytic activity at decomposition 4-chloro-phenol then Degussa P25.Acknowledgement

This work was supported by the Ministry of Education,Youth and Sports of the Czech Republic (Project No.1M4531477201).References

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Fig.7.Photocatalytic activity of the SAMPLE3,SAMPLE4and Degussa P25.

6

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压缩空气干燥方法及吸附式干燥机原理

压缩空气干燥方法 通常大气中总会含有一定量的气态水,水的含量与季节、地理位置以及气候条件有关。当外 界空气进入空压机并被压缩时,这些气态水将凝结为液态水。压缩空气中的水分对气力除灰 系统的运行会产生以下影响: 1)使压缩空气管路、阀件等产生锈蚀; 2)使被输送的粉煤灰粘结,增加输送阻力,降低流速,甚至堵塞 管道; 3)对于气动操作和控制系统,压缩空气中的水分会由于高速气流降压而发生冰堵,使气流中 断; 4)在布袋除尘器上,反吹空气的潮湿会使细灰粘结在过滤布袋 上,使布袋过滤器的阻力增加, 滤气能力下降,输灰管的背压增高,严重时会造成布袋破损、脱落,甚至压扁布袋龙骨,除 去压缩空气中的水分是确保气力除灰系统稳定运行的重要环节。 压缩空气的干燥方法有以下几种: (一)冷冻法 利用类似空调机的原理,通过制冷系统使压缩空气中的水蒸气冷凝成液态水,并使之通 过自动排水器排出,达到除水的目的。这种利用冷冻法净化压缩机空气的设备称为冷冻式压 缩空气干燥机(以下简称冷干机)。冷干机设计的最低压力露点为1.7℃(o.7MPa 时)。设定 此温度既考虑了避免温降的惰性可能使压力露点达到冰点而引 起冰堵,又使冷干机具有最大 的干燥能力(压力露点尽可能低)。此压力露点相当于大气露点23℃,即每1M3 饱和空气仅 含有o.836g 的水分.已能满足大部分压缩空气用户的要求。 冷干机在除水的同时,还可使一部分油雾凝结,并使一部分尘粒和水汽与油雾凝并后一 同排出,其除油效率约70%,除尘效率约75%。 (二)吸附法

吸附法系用硅胶、活性氧化铝或分子筛等干燥剂能够吸附水分的 特点,达到除去压缩空 气中水分的目的。基于吸附法原理的压缩空气干燥装置有: 1.有热再生式压缩空气干燥机 通常采用两个吸附剂储罐,工作时一个储罐对压缩空气进行干 燥,另一个对罐内的吸附 剂进行加热脱水再生。经有热再生式压缩空气于燥机处理后的压 缩空气,其大气露点约-40 ℃:。加热方式有电加热或蒸汽加热,加热温度一般为200-300℃。 当吸附剂升沮后,导人占总量不到10%的再生空气带走吸附剂中的水分,使干燥剂中 的平衡含水宰下降。当干燥罐内的吸附剂失去干燥作用.而再生罐内吸附剂脱水再生完毕时, 两罐通过气路阀门切换,使原干燥罐转入再生状态,原吸附罐进入干燥状态。 由于对再生罐进行加热后还需冷却,故通常要6—12h 切换一次,这就使有热再生式 干燥机罐体较大,需装较多的干燥剂,因而目前很少采用。 2.无热再生式压缩空气干燥机__ 该干燥机的结构原理类似于有热再生式压缩空气干燥机,不同的是吸附剂的再生不再加 热,而是直接用占总量12%—30%的压缩空气作为再生空气将 再生吸附剂中的水分带走排 出,因而其罐体较小,但两罐切换频繁,通常30~600s 切换一次,故对切换阀的可靠性要求 较高。此外,因其切换频繁,吸附剂易粉化,因此在无热再生式 干燥机后需设过滤器。无热 再生式干燥机处理后的压缩空气的大气露点也是-40qg。目前英 公司 国DOMNICKHUNTER 生产了一种新型的无热再生式干燥机,其主体结构为内置双腔的扁平型钢,双腔即为干燥腔 和再生腔,每段型钢立置为一单元,可视用户气量积木式组合, 上置封盖和连接管,下置切 换阀和控制装置、仪表等,结构紧凑,可靠性好,其大气露点可

冷冻干燥工艺流程及其应用-

冷冻干燥工艺流程及其应用-

冷冻干燥工艺流程及其应用

目录 冷冻干燥工艺的原理及特点………………… 真空冷冻干燥机组成………………………… 冷冻干燥工艺……………………………………食品冷冻干燥技术的运用…………………… 冻干食品的特点…………………………………我国食品冻干技术面临的问题……………… 冷冻干燥工艺的应用前景…………………… 结论…………………………………………………参考文献……………………………………………

冷冻干燥工艺流程及其应用 1冷冻干燥工艺的原理及特点 1.1冷冻干燥工艺原理 冷冻干燥就是把含有大量水分的物质,预先进行降温冻结成固体。然后在真空的条件下使水蒸汽直接从固体中升华出来,而物质本身留在冻结的冰架子中,从而使得干燥制品不失原有的固体骨架结构,保持物料原有的形态,且制品复水性极好。然后在适当的温度和真空度下进行冰晶升华干燥,等升华结束后再进行解吸干燥,除去部分结合水,从而获得干燥的产品的技术。冷冻干燥过程可分为制品准备、预冻、一次干燥(升华干燥)、二次干燥(解吸干燥)、和密封保存五个步骤。利用冷冻干燥目的是为了贮存潮湿的物质,通常是含有微生物组织的水溶液,或不含微生物组织的水溶液。产品在冻结之后置于一个低水气压下,这时包含冰的升华,直接由固态在不发生熔化的情况下变成汽态。与其他干燥方式相比避免了化学、物理和酶的变化,从而确保了制品物性在保存时不易改变。实际需要的低水汽压是靠真空的状况下达到的。

图1:水的平衡相图 1.2冷冻干燥工艺存在的优缺点 1.2.1冷冻干燥工艺的优点 (1)冷冻干燥的过程中样品的结构不会被破坏,因为固体成分被在其位置上的坚冰支持着,在冰升华时会留下孔隙在干燥的剩余物质里。这样就保留了产品的生物和化学结构及其活性的完整性; (2)蛋白多肽类药物在高温下容易变性,造成干燥后生物活性的降低;冷冻干燥的过程是在低温状态下进行的,工艺过程对组分的破坏程度小,热畸变极其微弱,对不耐热药物特别是蛋白质多肽类药品非常适合[1]; (3)冷冻干燥的药剂为液体,定量分装比粉剂或片剂精度高;用无菌水溶液调配且通过除菌过滤、灌装,杂质微粒小、无污染。制品为多孔结构,质地疏松,较脆,复水性能好,重复再溶解迅速完全,便于

6常压干燥制备SiO2气凝胶的研究

常压干燥制备SiO2气凝胶的研究 吕鹏鹏赵海雷刘欣 (北京科技大学材料学院,北京100083) 摘要为解决超临界干燥法制备气凝胶的缺点,以水玻璃为硅源,经常压干燥制备了SiO2气凝胶。研究老化工艺条件和置换溶剂种类对SiO2气凝胶结构和性能的影响,并通过表面改性制备出具有良好疏水性的SiO2气凝胶。制得的气凝胶密度可低达0.123g/cm3,孔隙率为94.79%,比表面积为360.50 m2/g。 关键字SiO2气凝胶常压干燥老化溶剂置换表面改性 气凝胶是一种由原子团簇交联形成三维纳米多孔骨架、并在孔隙中充满气态分散介质的一种高分散固态材料[1]。由于其独特的三维纳米多孔结构,气凝胶具有低密度、高孔隙率、高比表面积、低热导率、低光折射率和低声传播速度[2-6]等性能,因此在光学、热学、电学、声学和力学等领域具有十分巨大的应用潜力。 气凝胶的制备过程分为溶胶-凝胶过程和湿凝胶的干燥过程。硅源前驱体通过水解形成含硅溶胶,调节pH使溶胶胶粒发生缩聚形成凝胶,凝胶骨架间充满了液态溶剂,通过超临界干燥法将骨架间隙的溶剂抽出,同时保持纳米多孔网络骨架不变,形成密度低、气孔率高的气凝胶材料。 但是运用超临界干燥法制备气凝胶的条件很苛刻,制备周期耗时长,对设备要求高,能耗大,操作危险性高,制备工艺复杂,使得气凝胶的生产成本非常高,这些严重制约了气凝胶的工业化大规模生产。 因此常压下干燥制备气凝胶引起了大家广泛的关注,采用常压干燥新工艺制备SiO2气凝胶已成为气凝胶趋向实际应用的关键。同时,一般SiO2多是采用有机硅为硅源(正硅酸乙酯或正硅酸甲酯),这样的硅源价格昂贵,成本高,也限制了SiO2的广泛应用。本文利用廉价的水玻璃为硅源,通过常压干燥制备了SiO2气凝胶粉体。研究了老化工艺条件、置换溶剂种类以及表面改性对材料结构和性能的影响。 1 常压干燥法 1.1常压干燥机理 通过溶胶-凝胶法制得的湿凝胶是由三维多孔的纳米SiO2骨架和充填于其中的溶剂组成的半固态物质,在湿凝胶的干燥过程中,由于微小孔隙中弯液面会产生一定的毛细管压力作用,使得当液体从孔隙蒸发时凝胶骨架会发生收缩;当应力超过网络的强度时,凝胶就会碎裂。因此,在干燥过程中,只有当湿凝胶孔隙液体蒸发时凝胶结构不发生塌陷,且

封闭母线空气循环干燥装置操作说明

BJGZ-100型封闭母线空气循环干燥装置操作说明 一、系统简介 1、流程简介 干燥流程:B 相母线内空气→罗茨风机→吸附筒A (B )→干燥空气回充入A 、C 相母线→B 相母线。如图1: 图1 图2 再生流程:外部空气→补气阀V3→罗茨风机→吸附筒B (A )→排出潮湿空气。 每个循环工作周期中,A 、B 筒8h 切换一次。 2、控制画面简介 设备正常运行时如图3: 图 3 湿度测点 补气阀V3

依据图中电动三通阀位置,黄色箭头指示母线内空气的干燥流程,蓝色箭头指示再生吸附筒的再生过程。正常运行中右上角显示风机运行时间和加热器运行时间,一个运行周期结束后清零。通电后,设备处于停止状态。如果PLC与触摸屏通讯正常,右上方以绿色显示“通讯正常”,否则以红色显示“通讯故障”。 点击右下方“操作画面”按钮后,弹出登录画面,如图4: 图4 管理员用户登录密码为:111。 正确输入密码后,进入图5画面: 图5 干燥装置有自动、手动两种运行模式,分别对应上图中“自动”和“手动”两个按钮。

正常情况下装置投入自动方式运行。 手动模式运行:点击“手动”按钮,系统进入手动运行模式,此时,该按钮会由绿色变成红色。“停止”和“自动”两个按钮为绿色。这时,系统将循环运行,直到按下停止键,系统才停止运行。手动运行模式时,无论湿度是否高于设定上限,设备均要执行启动命令,并且一直运行下去,直到手动按下停止按钮,系统才停止运行。 自动模式运行:点击自动按钮,系统进入自动模式运行。自动模式下,当湿度监控器测得母线内湿度超过设定上限(50%)时,PLC根据设定程序启动装置。程序首先进入A筒吸附,打开(关闭)相应的电动阀门,阀门开闭到位后,启动风机,然后启动再生筒内的加热器。装置通过热电阻和PLC检测、显示桶内的温度,当温度超过上限设定值(180℃)时,则加热器停止加热。当温度降至设定下限(130℃)时,则加热器重新加热。排气口也设有测温元件,当排气温度超过设定(120℃)时,则加热器停止并在该周期内不再加热。8小时后,A、B筒互换,装置进入“B筒干燥吸附,A筒再生排气”的模式。16小时后,一个循环周期结束,如湿度检测装置(测点位置位于B相封闭母线上方)测得母线内湿度低于设定下限(20%)时,则整套装置停止运行,否则,装置继续运行,进入下一个工作周期。 目前,系统整个运行周期为16小时,加热器在每半个周期的前4小时进行加热,并根据温度的上下限控制加热器的启动和停止。在后4个小时中,加热器将不再加热,使再生筒内的温度降至常温,并将湿热空气继续排出。 当设备发生故障报警,故障消除后需按下图5中“故障复位”按钮复位报警,系统才能重新投入运行。 图5画面中点击曲线图,进入图6画面: 图6 图6画面中可以查看历史湿度和历史温度曲线,温度显示A、B吸附筒和再生排气温度。历史曲线可选择查看2个月内数据。 点击图5中”参数设置“按钮,进入图7参数设置画面:

冷冻干燥工艺处理步骤及其应用

冻干燥工艺流程及其应

目录冷冻干燥工艺的原理及特点…………………真空冷冻干燥机组成…………………………冷冻干燥工艺……………………………………食品冷冻干燥技术的运用……………………冻干食品的特点…………………………………我国食品冻干技术面临的问题………………冷冻干燥工艺的应用前景……………………结论…………………………………………………参考文献……………………………………………

冷冻干燥工艺流程及其应用 1冷冻干燥工艺的原理及特点 1.1冷冻干燥工艺原理 冷冻干燥就是把含有大量水分的物质,预先进行降温冻结成固体。然后在真空的条件下使水蒸汽直接从固体中升华出来,而物质本身留在冻结的冰架子中,从而使得干燥制品不失原有的固体骨架结构,保持

物料原有的形态,且制品复水性极好。然后在适当的温度和真空度下进行冰晶升华干燥,等升华结束后再进行解吸干燥,除去部分结合水,从而获得干燥的产品的技术。冷冻干燥过程可分为制品准备、预冻、一次干燥(升华干燥)、二次干燥(解吸干燥)、和密封保存五个步骤。利用冷冻干燥目的是为了贮存潮湿的物质,通常是含有微生物组织的水溶液,或不含微生物组织的水溶液。产品在冻结之后置于一个低水气压下,这时包含冰的升华,直接由固态在不发生熔化的情况下变成汽态。与其他干燥方式相比避免了化学、物理和酶的变化,从而确保了制品物性在保存时不易改变。实际需要的低水汽压是靠真空的状况下达到的。 图1:水的平衡相图 1.2冷冻干燥工艺存在的优缺点

1.2.1冷冻干燥工艺的优点 (1)冷冻干燥的过程中样品的结构不会被破坏,因为固体成分被在其位置上的坚冰支持着,在冰升华时会留下孔隙在干燥的剩余物质里。这样就保留了产品的生物和化学结构及其活性的完整性; (2)蛋白多肽类药物在高温下容易变性,造成干燥后生物活性的降低;冷冻干燥的过程是在低温状态下进行的,工艺过程对组分的破坏程度小,热畸变极其微弱,对不耐热药物特别是蛋白质多肽类药品非常适合[1]; (3)冷冻干燥的药剂为液体,定量分装比粉剂或片剂精度高;用无菌水溶液调配且通过除菌过滤、灌装,杂质微粒小、无污染。制品为多孔结构,质地疏松,较脆,复水性能好,重复再溶解迅速完全,便于临床使用; (4)冻结物干燥前后形状及体积不变化;干燥后真空密封或充氮密封,消除了氧化组分的氧化作用。 1.2.2冷冻干燥工艺的缺点 (1)设备造价高,干燥速率低,能耗高。 (2)工艺时间长(典型的干燥过程周期需要20小时左右)。 (3)生产成本高,能耗大。 (4)生物活性物质采用冻干制剂主要是为了保持活性,但配料选择不合理,工艺操作不合理,冻干设备选择不适当都可能在冻干制剂制备过程中失活,导致产品前功尽弃,这是生产冻干制剂的关键,需进行基础研究和针对特定产品反复试验。

二氧化硅气凝胶综述

二氧化硅气凝胶简介 气凝胶(aerogels)通常是指以纳米量级超微颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构,并在网络孔隙中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。气凝胶是一种固体,但是99%都是由气体构成,外观看起来像云一样。气凝胶因其半透明的色彩和超轻重量,有时也被称为“固态烟”或“冻住的烟”。 最常见的气凝胶为二氧化硅气凝胶。SiO2气凝胶是一种防热隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料,其孔隙率高达80-99.8%,孔洞的典型尺寸为1-100 nm,比表面积为200-1000 m2/g,而密度可低达3 kg/m3,室温导热系数可低达0.012 W/(m?k)。正是由于这些特点使气凝胶材料在热学、声学、光学、微电子、粒子探测方面有很广阔的应用潜力。 一、气凝胶发展历史 早在1931年,Steven.S.Kistler就开始研究气凝胶。他最初采用的方法是用硅酸钠水溶液进行酸性浓缩,用超临界水再溶解二氧化硅,用乙醇交换孔隙中的水后,利用超临界流体干燥技术制成了最初的真正意义上的气凝胶。这种材料的特点是透明、低密度、高孔隙率。但受当时科研手段的限制,这种材料的研制并没有引起科学界的重视。 上世纪七十年代,在法国政府的支持下,Stanislaus Teichner在寻找一种用于存储氧和火箭燃料的多孔材料的过程中,找到一种新的合成方法,即把溶胶- 凝胶化学方法用于二氧化硅气凝胶的制备中。这种方法推动了气凝胶科学的发展。 此后,气凝胶科学和技术得到了快速发展。1983年Arlon Hunt 在Berkeley 实验室发现可用更安全、更廉价的二氧化硅气凝胶制作方法。与此同时,微结构材料研究小组发现可用具有更低临界温度和临界压力的二氧化碳超临界流体取代乙醇作为超临界干燥的流体,使得超临界干燥技术得以向实用化阶段迈进。 八十年代后期,Larry Hrubesh 领导的研究者在Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) 制备了世界上最轻的二氧化硅气凝胶,密度是0.003 g/cm 3,仅有空气的3倍。不久之后,Rick Pekala(LLNL) 制备了有机气凝胶,包括间苯二酚-甲醛气凝胶、三聚氰胺-甲醛气凝胶。间苯二酚-甲醛气凝胶能够被热解得到纯碳气凝胶,该方法开创了气凝胶研究的新领域。 进入九十年代以后,对于气凝胶领域的研究更为深入。据不完全统计,近

气凝胶的制备

气凝胶具有超轻、低密度、纳米微孔,特征是,具有超细蜂窝孔尺寸和多孔结构,由相互连接的聚合链连接而成。孔径一般低于 100 nm,气凝胶颗粒尺寸通常小于 20nm。它可以由无机材料(如二氧化硅、氧化铝等),有机材料(如聚酰亚胺、碳等),或混合材料(如凝胶玻璃等)而制得。 气凝胶是世界上最轻的固体材料,因其颜色呈现出淡蓝色,因此也被称为“蓝烟”,也有人将其称为“固体空气”。这也被列入了基尼斯世界纪录。复合气凝胶密胺海绵气凝胶毯具有柔软﹑易裁剪﹑密度小、防火阻燃﹑绿色环保等特性,其可替代玻璃纤维制品、石棉保温毡、硅酸盐纤维制品等不环保、保温性能差的传统柔性保温材料。 气凝胶的结构特征是拥有高通透性的圆筒形多分枝纳米多孔三位网络结构,拥有极高孔洞率、极低的密度、高比表面积、超高孔体积率,其体密度在0.003-0.500 g/cm-3范围内可调。(空气的密度为0.00129 g/cm-3)。 气凝胶最初是由S.Kistler命名,由于他采用超临界干燥方法成功制备了二氧化硅气凝胶,故将气凝胶定义为:湿凝胶经超临界干燥所得到的材料,称之为

气凝胶。在90年代中后期,随着常压干燥技术的出现和发展,90年代中后期普遍接受的气凝胶的定义是:不论采用何种干燥方法,只要是将湿凝胶中的液体被气体所取代,同时凝胶的网络结构基本保留不变,这样所得的材料都称为气凝胶。 气凝胶的制备通常由溶胶凝胶过程和超临界干燥处理构成。在溶胶凝胶过程中,通过控制溶液的水解和缩聚反应条件,在溶体内形成不同结构的纳米团簇,团簇之间的相互粘连形成凝胶体,而在凝胶体的固态骨架周围则充满化学反应后剩余的液态试剂。 为了防止凝胶干燥过程中微孔洞内的表面张力导致材料结构的破坏,采用超临界干燥工艺处理,把凝胶置于压力容器中加温升压,使凝胶内的液体发生相变成超临界态的流体,气液界面消失,表面张力不复存在,此时将这种超临界流体从压力容器中释放,即可得到多孔、无序、具有纳米量级连续网络结构的低密度气凝胶材料。

空气循环干燥实验报告

化学工程与工艺专业
化工原理实验报告
姓 学
名 院
专业班级 学 号
指导教师 实验日期
评定成绩: 评 阅 人:
1

空气循环干燥
实验报告
一、实验目的 (1)掌握干燥曲线和干燥速率曲线的测定方法。 (2)学习物料含水量的测定方法。 (3)加深对物料临界含水量的概念及其影响因素的理解。 (4)学习恒速干燥阶段物料与空气之间对流传热系数的测定方法。
二、实验基本原理 当湿物料与干燥介质相接触时,物料表面的水分开始汽化,并向周围介质传递。根 据干中不同期间的特点,干燥过程可分为两个阶段 一个阶段为恒速干燥阶段。在过程开始时,由于整个物料的含水量较大,其内部的 水分能迅速地达到物料表面。因此,干燥速率为物料表面上水分的汽化速率所控制,故 此阶段亦称为表面汽化控制阶段。在此阶段,干介质传给物料的热量全部用于水分的汽 化,物料表面的温度维持恒定(等于热空气湿球温),物料表面处的水蒸气分压也维持恒 定,故干燥速率恒定不变 第二个阶段为降速干燥阶段,当物料被干燥达到临界含水量后,便进入降速干燥阶 段此时,物料中所含水分较少,水分自物料内部向表面传递的速率低于物料表面水分的 气化速,干燥速率为水分在物料内部的传递速率所控制。故此阶段亦称为内部迁移控制 阶段。着物料含水量逐渐减少,物料内部水分的迁移速率也逐渐减少,故干燥速率不断 下降 恒速段的干燥速率和临界含水量的影响因素主有:固体物料的种类和性质;固体物 料层的厚度或颗粒大小;空气的温度、湿度和流速;空气与固体物料间的相对运动方式 恒速段的干燥速率和临界含水量是干燥过程研究和干燥器设计的重要数据。 本实验 在定干燥条件下对纸板物料进行干燥,测定干燥速率曲线,目的是掌握恒速段干燥速率 和临含水量的测定方法及其影响因素 干燥速率曲线在干燥器的选用、 设计和操作中有重要意义。 只要有了干燥速率曲线, 就估算干燥器的生产能力,有针对性地提出强化干燥操作的措施。 1. 干燥速率的测定 (1)
2

实验室用压缩空气膜式干燥器

实验室设备对压缩空气要求 实验室和工业生产,对压缩空气的应用是有很多不同之处:比如实验室大多是高精密的仪器和设备,对压缩空气的质量、稳定性等要求较高,且出于为了给实验室人员提供一个良好的工作环境,不影响工作效率的考虑下,对于噪音控制的要求非常之高,本文不对空压机的选择作出建议,选择空压机时尽量选择工作噪音低,品牌好,稳定无油的空压机即可,本文着重于从实验室的角度考虑,对于压缩空气后处理配置的相关建议: 一,为什么要对空压机出来的压缩空气进行处理? 压缩空气作为一种重要的生产动力应用于工业领域的各个方面。在压缩空气的生产过程中,空气中的水分将随压缩空气一起进入压缩空气系统中。压缩空气中的水分将导致压缩空气管路的腐蚀,同时还会促进微生物的繁殖;如果水分没有去除的话,形成的冷凝液将在系统低点处积聚,这将对工业生产造成长久潜在的威胁,如:气控元件失灵、设备磨损增加,或者直接导致生产过程的停止。 对于实验室来说,由于实验室大多是高精密的仪器和设备,空压机产的压缩空气如果不经处理直接进入仪器,会对仪器的使用寿命和精确度产生恶劣影响,甚至由于压缩空气的质量不稳定直接影响实验结果,导致实验目的无法完全,实验失败。

二,对压缩空气进行优化处理的设备哪有些? 因实验室大多采用无油空压机,环境也不像工业生产中的灰尘较多,所以实验室用的压缩空气,更多的是考虑除水,保持压缩空气干燥性的方向。众所周知,压缩空气的压力露点值越低(目前能达到的最佳压力露点为-40°C 至60°C),压缩空气越不会因为温差的变化产生液态水,更有助于保持压缩空气质量的稳定性。目前要对压缩空气降低露点的方式主要是: 1、传统的工业生产上,大多采用冷冻式干燥机(简称冷干机、图1)和吸附式干燥机(简称吸干机、图2)搭配过滤器来对压缩空气进行优化处理,冷干机和吸干机的主要作用是去除压缩空气中的含水量,降低压力露点。有部份工厂在要求比较高的情况下,会同时把冷干机和吸干机串联安排,以求尽可能的得到更低的压力露点。

空气循环干燥装置说明书

空气循环干燥装置说明书 随着电力工业的发展,发电机组容量不断增大,离相封闭母线在电厂中也随之得到越来越多的应用。多年以来,离相封闭母线以其安装简便、运行维护工作量小、钢结构发热少等特点受到用户的欢迎。与此同时,由于离相封闭母线是一种密闭管道 , 当运行条件改变(如停机)或气候条件变化(如湿度大)时,其内部容易产生结露现象,从而降低母线的绝缘性能,甚至可能诱发单相接地事故,给电厂的安全运行带来隐患。 为了解决离相封闭母线的结露问题,国内最早也是目前最普遍采用的是微正压装置,但由于密封件老化或检修等原因,运行时间一长,很多母线内部无法建立微正压,因而也就不能达到长期有效驱潮的目的。后来又出现了热风保养装置,其对母线的密封要求不如微正压装置高,但又带来了耗电量大的缺点(一般功率在二、三十千瓦)。 我厂是生产各种封闭母线的专业厂家,在对市场进行充分调研的基础上,综合微正压装置和热风保养装置的优点,自行开发出了空气循环干燥装置。 一、工作原理 本装置采用闭式循环方式。空气循环干燥装置把封母内空气抽出,并从外界补入少量空气,又重新送入封母,如此周而复始,使母线内的水分越来越少,相对湿度不断降低,露点温度也随之下降,从而保证封闭母线的安全可靠运行。

本装置的动力部分采用质量可靠的罗茨风机,它能比较迅速地循环干燥封闭母线中的空气。电气部分采用 PLC 控制。根据天气条件及运行情况,用户可选择工作模式为“手动”或“自动”。 采用“自动”模式时,按下控制面板“自动”按钮,“自动”运行模式开启,适用于空气湿度较低及机组正常运行时。在这种模式下,温、湿度传感器或精密湿度监控器采集的母线内空气参数,与设定的露点温度值或相对湿度值进行比较。当测量值大于设定值上限时,由PLC 控制本装置自动投入运行,运行满一个周期后再次检测母线内空气露点温度或相对湿度是否低于设定值下限,如果低于下限,则退出运行;否则继续运行一个周期,直至母线内空气参数值低于设定值下限则停机。设备处于间断的工作状态,待机状态下的设备功耗很低,既能节能,也有利于延长设备的使用寿命。 如采用“手动”模式,则按下控制面板“手动”按钮,此时本装置的投入或退出由人工控制,但设备的自身运行循环仍然是自动进行的。它适用于机组启动前或连续阴雨天气(比如黄梅季节)。这种模式下,设备连续运行,封母内的空气湿度可以维持在很低的状态。 二、产品特点 1. 设备成套性好,现场施工方便。 2. 结构紧凑,标准型产品本体尺寸为: 1000mm(宽)× 640mm(深)× 1600mm(高) 3. 对母线密封要求不高,并且耗电量少(工作时功率仅为

冷冻干燥技术

冷冻干燥技术 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]

绪论 冷冻干燥是将含水物质,先冻结成固态,而后使其中的水分从固态升华成气态,以除去水分而保存物质的方法。 这种干燥方法与通常的晒干、烘干、煮干、喷雾干燥及真空干燥相比有许多突出的优点,如: (1)它是在低温下干燥,不使蛋白质、微生物之类产生变性或失去生物活力。这对于那些热敏性物质,如疫苗、菌类、毒种、血液制品等的干燥保存特别适用。 (2)由于是低温干燥,使物质中的挥发性成分和受热变性的营养成分损失很小,是化学制品、药品和食品的优质干燥方法。 (3)在低温干燥过程中,微生物的生长和酶的作用几乎无法进行,能最好地保持物质原来的性状。 (4)干燥后体积、形状基本不变,物质呈海棉状,无干缩;复水时,与水的接触面大,能迅速还原成原来的性状。 (5)因系真空下干燥,氧气极少,使易氧化的物质得到了保护。 (6)能除去物质中95~99%的水分,制品的保存期长。 总之,冷冻干燥是一种优质的干燥方法。但是它需要比较昂贵的专用设备,干燥过程中的耗能较大,因此加工成本高,目前主要应用在以下一些方面: (1)生物制品、药品方面:如抗菌素、抗毒素、诊断用品和疫苗等。 (2)微生物和藻类方面:如酵母、酵素、原生物、微细藻类等。 (3)生物标本、活组织方面:如制作各种动植物标本,干燥保存用于动物异种移植或同种移植的皮层、角膜、骨骼、主动脉、心瓣膜等边缘组织。 (4)制作用于光学显微镜、电子扫描和投射显微镜的小组织片。 (5)食品的干燥:如咖啡、茶叶、鱼肉蛋类、海藻、水果、蔬菜、调料、豆腐、方便食品等。 (6)高级营养品及中草药方面:如蜂王浆、蜂蜜、花粉、中草药制剂等。 (7)其他:如化工中的催化剂,冻干后可提高催化效率5-20倍;将植物叶子、土壤冻干后保存,用以研究土壤、肥料、气候对植物生长的影响及生长因子的作用;潮湿的木制文物、淹坏的 书籍稿件等用冻干法干燥,能最大限度的保持原状等。 冷冻干燥能保存食物很早就为人们所知。古代北欧的海盗利用干寒空气的自然条件来干燥和保存食物,就是其中一列。但是,将冷冻干燥作为科学技术还是近百年来的事。1890年啊特曼(Altmann)在制作标本时,为了防止标本中的物质在有机溶剂中溶解,造成不可逆损失,改变过去用有机溶剂脱水的方法,采用冷冻干燥法冻干各种器官和组织。他的工作确立了生物标本系统的冻干程序,这是冻干在制作生物标本中的最早应用。 1909年谢盖尔(Shackell)将冻干引入细菌学和血清学领域。他采用了盐水预冻,在真空状态下,用硫酸做吸水剂,对补体、抗毒素、狂犬病毒等进行冻干,其设备虽十分简陋,但却是后世先进冻干机的雏形。 1912年卡瑞尔(Carrel)首先提出用冻干技术为外科移植保存组织。 1935年第一台商用冻干机问世。1940年冻干人血浆开始投入市场。第二次世界大战中,由于需要大量的冻干人血浆和青霉素,因而冻干在医药、血液制品等方面的应用得到迅速的发展。艾尔塞(Elser)、沸烙斯道夫(Flosdorf)、格雷夫斯(Greaves)和他们的同事们,一方面进行冻干基础理论的研究,一方面进行装置大型化、现代化的改进,使冻干技术从实验室阶段向工业生产和产品商品化发展。战后,冻干法又迅速扩展到各种疫苗、药品等领域。 1930年沸烙斯道夫进行了食品冻干的试验,1949年他在着作中展望了冻干在食品和其他疏松材料方面应用的前景。二次世界大战后,英国食品部在啊伯丁(Aberdeen)的试验工厂也进行了食品冻干的研究。他们在综合了当时的一些研究成果的基础上,于1961年公布了试验成果,证明冻干法用于食品加工是一种能获得优质食品的方法。随后在美、日、英、加等国相继建立起冻干食品的工厂,到1965年全球

二氧化硅气凝胶解读

海南大学 课程名称现代材料科学进展 题目名称二氧化硅气凝胶 学院材料与化工学院 专业班级2010级材料2班 姓名周俊琛 学号20100413310089 评阅老师: 日期:年月日

二氧化硅气凝胶 周俊琛20100413310089 摘要:本文从二氧化硅的研究历史和现状出发,从制备方法、干燥工艺、性能与应用领域等方面综述了二氧化硅气凝胶的研究进展,并对二氧化硅气凝胶的发展前景进行了展望。 关键词:二氧化硅气凝胶,制备,干燥,应用 Current Research and Applications of Silica Abstract: The article reviewed the latest development and the h istory of the research of silica aerogel, summarized the progre ss of the silica aerogel research in the aspects of preparatio n methods, drying technologies, properties and current applicatio n. And the article also looks forward to the development prosp ect of silica aerogel. Keywords: silica aerogel, preparation, drying, application 一、气凝胶的简介 气凝胶通常是指以纳米量级超微颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构,并在网络孔隙中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。气凝胶是一种固体,但是99%都是由气体构成,外观看起来像云一样。气凝胶因其半透明的色彩和超轻重量,有时也被称为“固态烟”或“冻住的烟”。 最常见的气凝胶为二氧化硅气凝胶。SiO2气凝胶是一种防热隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料,其孔隙率高达80-99.8%,孔洞的典型尺寸为1-100 nm,比表面积为200-1000 m2/g,而密度可低达3 kg/m3,室温导热系数可低达0.012 W/(m?k)。正是由于这些特点使气凝胶材料在热学、声学、光学、微电子、粒子探测方面有很广阔的应用潜力。。 二、气凝胶发展历史 早在1931年,Steven.S.Kistler就开始研究气凝胶。他最初采用的方法是用硅酸钠水溶液进行酸性浓缩,用超临界水再溶解二氧化硅,用乙醇交换孔隙中的水后,利用超临界流体干燥技术制成了最初的真正意义上的气凝胶。这种材料的特点是透明、低密度、高孔隙率。但受当时科研手段的限制,这种材料的研制并没有引起科学界的重视。

碳气凝胶的常压干燥制备及结构控制

2004 年10月 The Chinese Journal of Process Engineering Oct. 2004 碳气凝胶的常压干燥制备及结构控制  秦仁喜,沈 军,吴广明,周 斌,王 琴,倪星元,郭艳芝  (同济大学波耳固体物理研究所,上海 200092) 摘要:研究了碳气凝胶在常压条件下的制备过程和干燥方法. 用扫描电镜、比表面测量仪及孔径 分布仪对其结构进行了表征与测试. 通过改变催化剂和溶剂的用量,可以实现碳气凝胶的颗粒直径 及孔洞由纳米到微米级的连续调节. 通过降低催化剂浓度并以丙酮进行溶剂替换,成功实现了碳气 凝胶的常压干燥. 常压干燥样品具有250~650 kg/m3的低密度和250~550 m2/g的高比表面积. 分析 了其溶胶?凝胶反应机理,围绕毛细压力和材料强度等方面探讨了其常压干燥的实现途径. 关键词:碳气凝胶;常压干燥;毛细压力 中图分类号:TQ127.1 文献标识码:A 文章编号:1009?606X(2004)05?0429?05 1 前 言  碳气凝胶是一种多孔网络状的非晶碳材料,一般通过高温碳化有机气凝胶而得到. 以间苯二酚(Resorcinol)与甲醛(Formaldehyde)经溶胶?凝胶反应生成的有机气凝胶(简称RF气凝胶)具有孔洞率高、比表面积大和密度变化广等优点,是迄今为止常温常压下热导率最低的固态材料[约0.012 W/(m?K)][1]. RF气凝胶碳化后生成的碳气凝胶(即CRF碳气凝胶)不仅继承了RF气凝胶的大部分优点,而且具备优良的电化学性能,在超级双电层电容器、可充电电池、燃料电池、分子筛、海水淡化及催化剂载体等方面极具应用潜力[2?7],因而成为一种应用前景相当广阔的新型碳素电极材料. 经溶胶?凝胶反应生成的RF有机湿凝胶一般要通过超临界干燥工艺[6]处理,增加了实验的成本和风险,严重制约了碳气凝胶的实际应用. 目前为了获得常压干燥的碳气凝胶,主要采用掺入纤维来提高材料强度的方式制备碳气凝胶[2?5],往往只能得到薄膜样品. 本工作研究了碳气凝胶块体材料的常压干燥制备过程,讨论了其实现常压干燥的途径. 2 实 验  2.1 凝胶的制备  将间苯二酚与甲醛以1:2的摩尔比混合,以碳酸钠为催化剂,再加入去离子水作溶剂,搅拌均匀,密封后置入烘箱中,分别以25, 50和90o C处理1, 1和3 d,最后生成RF湿凝胶. 间苯二酚与催化剂的摩尔比简称R/C比,实验中分别取500, 1000和1500等数值;间苯二酚和甲醛占总溶液的质量分数简称M值,实验中分别取20%, 30%和40%等数值.  2.2 溶剂替换  用丙酮进行溶剂替换,浸泡样品3次,彻底替换样品中的水和其它杂质,然后在室温常压条件下干燥,待丙酮自然挥发干净后,即可得到干燥的RF气凝胶. 收稿日期:2003?09?24,修回日期:2003?12?25 基金项目:上海市自然科学基金资助项目(编号: 02ZE14101);上海市纳米科技与产业发展促进中心资助项目(编号: 0216nm035); 上海市重点学科建设资助项目;德国大众汽车基金资助项目 作者简介:秦仁喜(1979?),男,湖北省洪湖市人,硕士研究生,从事纳米多孔材料的研究.

吸附式压缩空气干燥器运行研究

吸附式压缩空气干燥器运行研究 发表时间:2019-05-08T09:54:25.203Z 来源:《科技新时代》2019年3期作者:章涛[导读] 文章针对目前比较常用的吸附式压缩空气干燥器的原理进行介绍,从其运行和维护等层面上分析吸附剂的选择和维护,以及进气温度对干燥器运行以及解吸过程的影响,以供参考。 杭州日盛净化设备有限公司浙江省杭州市 310023 摘要:文章针对目前比较常用的吸附式压缩空气干燥器的原理进行介绍,从其运行和维护等层面上分析吸附剂的选择和维护,以及进气温度对干燥器运行以及解吸过程的影响,以供参考。 关键词:压缩机;吸附式压缩空气干燥器;吸附剂;进气温度 1引言 在空气压缩机中需要通过压缩空气干燥器的设置来对空气中的水分进行降低,确保下游用气装置的正常生产运行。这也是针对空气压缩机来说将压缩空气中的含水量作为重要指标的原因。针对空气压缩机压缩空气含水量参数的标定,通常采用露点也就是露点温度来表示。主要的表示方法就是当露点温度,也就是将不饱和空气等湿度冷却到饱和状态时的温度比较高时就代表压缩空气中的含水量也比较高。目前工业领域中针对空气压缩机压缩空气进行干燥的主要方法有化学法、吸附法和冷冻法、压力除湿法等方法,本文所介绍的吸附法也是目前最为常用的方法。而所用的双塔吸附式压缩空气干燥器也主要分为无热再生、成品气加热再生、鼓风加热再生和压缩热再生型四种。 2压缩空气干燥器的工作原理 针对双塔吸附式压缩空气干燥器中来说,两个干燥塔当其中一个进行吸附时,另一个则在再生。不同类型的双塔吸附式压缩空气干燥器吸附原理相同,属于物理吸附,吸附剂和压缩空气内的水蒸气是通过范德华力相互吸引发现吸附现象,各干燥器的不同之处在于再生方式。无热再生干燥器直接采用成品气降压再生,变压吸附(PSA)原理进行工作。加热再生干燥器采用成品气降压加热后再生,加热再生完成后,再用成品气冷吹并再生。鼓风加热干燥器先用鼓风机吸入的环境空气加热后对吸附剂进行再生,冷却方式分成品气冷吹和鼓风加循环冷却器冷吹。压缩热再生干器,采用压缩机产出的高温湿压缩空气先对吸附剂进行加热再生,冷却方式分成品气冷吹和湿热压缩空气进行冷吹,省了电加热器的使用,实现了对空压机余热的利用,因此是一种新型、节能、环保的干燥器,主要可用于替换冷干机及-20℃压力露点要求的吸附式干燥器。 3吸附剂的选择与维护 3.1吸附剂的类型 目前工业领域的空压机中比较常用的吸附剂有活性氧化铝、分子筛及防水硅胶。如图一吸附剂的吸附能力随着温度上升而下降,分子筛在高温的情况下仍要较强吸附能力。再生温度方面,分子筛>活性氧化铝>防水硅胶,在吸附量方面,防水硅胶>活性氧化铝>分子筛,价格方面,防水硅胶>分子筛>活性氧化铝。无热再生相对其它吸干机,动吸附量小,根据吸附剂的特性,宜选用分子筛作为吸附材料,底部设置瓷球,避免液态水直接接触分子筛,造成分子筛破裂粉化。成品气加热再生和鼓风加热再生干燥器宜采有活性氧化铝加分子筛混床或硅胶,活性氧化铝在压缩空气高湿度时吸附量大,可以保证干燥塔吸附时间足够,分子筛在压缩空气低湿时,吸附能力强,能保证干燥器出口的压缩空气露点。在成品气加热再生和鼓风加热再生干燥器中选用硅胶,再生温度达到150℃或更低即可再生完全,虽然成本上上升比较多,但是由于胶硅的再生温度低,与活性氧化铝加分子筛混床对比,加热再生能耗低20%左右,相应的冷吹阶段能耗也可降低20%。离心机配套用的压缩热再生干燥器,由于再生气含湿量高,再生温度只能达到100~140左右,宜选用硅胶。无油螺杆配套用的压缩热干燥器再生温度可达到180~220℃左右,可选用活性氧化铝及硅胶,但由于再生气含湿量太大,切忌选用分子筛。 图一 3.2吸附剂的填充量及空塔流速 在吸附式干燥器对压缩空气中的水分进行吸附时是从下到上逐步进行吸附的,吸附剂填充量和空塔流速会对吸附效果产生直接影响。首先需要确保吸附剂具有足够的填充量来确保吸附剂与空气有效的接触时间及单塔最长吸附时间,确保吸附效果。同时又要控制空塔流速,保证吸附剂与压缩空气接触充分,避免隧道效应。空塔流速不宜过高,一方面会增加空气阻力,别一方面,过高的流速会让塔内吸附剂颗粒间产生摩擦,进而出现粉化。不同压力下允许的最高空塔流速如下图二。

非超临界干燥法制备气凝胶绝热材料

非超临界干燥法制备气凝胶绝热材料3 刘世明 曾令可 王 慧 (华南理工大学材料科学与工程学院 广州 510640) 摘 要 气凝胶是由超细微粒聚结形成的轻质多孔性纳米结构材料,其特有的纳米尺寸颗粒与纳米孔洞结构使它具有良好的绝热性质。阐述了各种非临界干燥法的原理、工艺特点及其应用条件,综述了近年来国内外非临界干燥法制备气凝胶绝热材料的研究现状以及存在的问题,并评价了气凝胶绝热材料的应用前景。 关键词 非超临界干燥法 气凝胶 绝热材料 研究现状  前言 气凝胶是一种由原子团簇交联而形成的纳米多孔绝热材料。目前,气凝胶绝热材料的制备通常由溶胶2凝胶过程和超临界干燥处理,在溶胶2凝胶过程中,通过控制溶液的水解和缩聚反应条件,在溶体内形成不同结构的纳米团簇,团簇之间的相互粘结形成凝胶体,而在凝胶体的固态骨架周围则充满化学反应后剩余的液态试剂。为了防止凝胶干燥过程中微孔洞内的表面张力导致材料结构的破坏,采用超临界干燥工艺处理,把凝胶置于压力容器内加压升温,使凝胶内的液体发生相变成超临界态的流体,气液界面消失,表面张力不复存在,凝胶孔隙中不存在毛细管附加压力,在这种条件下干燥,就可以保持醇凝胶原先的多孔网络结构,从而获得具有极高孔隙率、超低密度的块状气凝胶[1]。但是超临界干燥所需的条件很苛刻,制备周期耗时长,设备要求高,能耗比较大,这就大大增加了制备大块气凝胶的困难,使气凝胶产品的价格极其昂贵。近年来,有关气凝胶的非超临界干燥法制备己经引起了关注,因此采用非超临界干燥新技术和新工艺,已成为推动这种块状超低密度纳米绝热材料的研究更趋于走向实际应用的关键。笔者结合国内外近年来非超临界干燥法制备气凝胶绝热材料的研究现状及其制备方法作一简单的阐述及展望。1 环境气压干燥法 由于气凝胶的传统制备方法是通过高温高压的超临界干燥技术,其工艺复杂、成本高,而且有一定的危险性。因此,以合理的成本,大规模制备气凝胶一直是具有挑战性的课题,而开展不需要高压的环境气压干燥技术则具有重要意义。环境气压干燥技术制备气凝胶降低了危险性,而且减少了成本,因此在常温常压下制备出气凝胶块体材料,具有很高的实用价值。 1.1 环境气压干燥法机理 通常,通过溶胶2凝胶工艺获得湿凝胶是一种充满乳液的三维多孔结构,根据理论分析,按照杨2拉普拉斯公式,毛细孔中液体弯月面的附加压力可表达为: ΔP=2γcosθ/r 式中ΔP为附加压力,γ为液体的表面张力,r为毛细管半径,θ为界面接触角。 在凝胶干燥过程中,微小孔隙中弯液面会产生相当大的毛细管压力作用,使得当液体从孔隙蒸发时凝胶会发生收缩;当应力超过网络的强度时,凝胶碎裂就会发生。因此,在干燥过程中,只有当湿凝胶孔隙液体蒸发时凝胶结构不塌陷,且凝胶体不发生收缩或收缩很小时,才能够获得多孔、低密度的气凝胶结构。根据超临界干燥原理,在临界温度及临界压力下,气液界面消失,表面张力为零,因而可以避免物料在干燥过程中 3国家自然科学基金资助项目(50676033)

气凝胶干燥步骤

加料: It is easier to process the alcogel by first connecting the bottom of the empty extraction vessel to the discharge tubing that connects to the SFE 2 outlet valve. Next add the alcohol and alcogel to the vessel and fill the vessel with alcohol. This procedure will prevent the alcohol from leaking out of the bottom of the vessel. The alcogel is submerged in alcohol to prevent collapse of the alcogel structure. 升压,置换 The top of the vessel is then sealed and the CO2 inlet tubing attached to the top of the vessel. The vessel is pressurized with liquid CO2 from a liquid CO2 cylinder with the SFE 2 pump. If you keep the CO2 pressure above the vapor pressure of CO2 at room temperature ( 900 psi) and keep the CO2 temperature cold by cooling the CO2 pump to 5 deg.C , the CO2 ought to

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