AERGELS sind hochphasierte strukturierte Materialien, deren innere Hohlräume mit Gas gefüllt sind. Sie haben eine sehr geringe Dichte- und Wärmeleitfähigkeit sowie eine gleichzeitig hohe Härte und Transparenz, wodurch die Aerogele für die Wärmeisolierung und andere Aufgaben verwendet werden. Eine der Schlüsselstufen der Erlangung von Airlösen ist jedoch eine überkritische Trocknung - sehr teuer, die die Möglichkeit der Verwendung dieser Materialien begrenzt.
In der neuen Arbeit zeigten Wissenschaftler aus dem nach DI MendeleeV benannten PCTU, dass, optimierende technologische Bedingungen für die überkritische Trocknung optimiert, ohne dass die Qualität des Materials verschlechtert wird, um diesen Prozess erheblich zu beschleunigen und die Kosten des Trockenmittels zu reduzieren, was macht die Synthese von Aerogeler günstiger. Die Ergebnisse der Arbeit werden in der Journal-Trocknungstechnologie veröffentlicht.
Ein gewöhnliches Gel ist ein dreidimensionaler Mesh-Rahmen mit einer großen Anzahl von mit Flüssigkeit gefüllten Poren. Aergels unterscheiden sich von herkömmlichen GELs dadurch, dass die flüssige Phase in ihnen vollständig mit gasförmig substituiert ist. Sie haben eine kleine Dichte und gleichzeitig hohe Härte, Transparenz, Wärmebeständigkeit sowie extrem geringe Wärmeleitfähigkeit.
Daher werden Fluggelöste zur Herstellung von Wärmedämmstoffen in verschiedenen medizinischen Zwecken und sogar im Raum verwendet - von ihnen Fallen für kosmischen Staub, die die kleinsten Partikel erfassen können. In mehreren Stufen werden Fluggelöste erhalten: Erste der grundlegenden chemischen Komponenten bilden Vorläuferlösungen, dann werden gewöhnliche Gele erhalten, und dann werden gewöhnliche Gele getrocknet, während die flüssigen Füllporen, durch Gas ersetzt werden.
Die übliche Trocknung bei atmosphärischem Druck und erhöhten Temperaturen ist für diese Zwecke nicht geeignet: Sie zerstört die Struktur des Source-Gels und als Ergebnis des Airgels von ihm nicht zu empfangen. Stattdessen wird eine überkritische Trocknung durchgeführt, in der überkritische Flüssigkeiten verwendet werden, sogenannter Zustand der Substanz mit einem Druck und Temperatur über dem kritischen, wenn der Differenz zwischen der Gas- und der flüssigen Phase verschwindet (zum Beispiel herkömmliches Wasser wird mit überkritischem Fluid übersässig eine Temperatur und Druck von mehr als 647 K bzw. 218 bar).
Die häufigste überkritische Trocknung im CO2-Medium ist am häufigsten (kritische Parameter: 303,9 k, 73 bar). Während eines solchen Trocknens verdrängt das überkritische Fluid allmählich das Lösungsmittel, und dann wird der Druck in dem Reaktor reduziert, und das überkritische Fluid geht in die Gasphase - so aus dem Gel am Ende ist das Airgel mit einem nicht verdammten Porensystem aus dem Gel erhalten.
Die überkritische Trocknung ist jedoch sehr teuer, was die Möglichkeit der Verwendung von Luftwellen und Materialien begrenzt. Daher suchen Wissenschaftler nach Wegen, um diesen Prozess zu optimieren. "Viele wissenschaftliche Gruppen sind mit der Intensivierung des Prozesses des überkritischen Trockners beteiligt", sagt einer der Autoren der Arbeit, einem Angestellten des PCTU, Pavel-Gypsy. - Wir konzentrierten uns auf unsere Arbeit an der Wirkung der Prozessparameter - Temperatur, den Verbrauch des überkritischen Trocknungsmittels und dessen Einzugsmodus, auf die Schlüsselmerkmale des Trocknungsprozesses - seine Dauer und den Gesamtaufwand des Trockenmittels.
Die Forscher untersuchten den Prozess der überkritischen Trocknung mit dem Beispiel des klassischen Airgel basierend auf Siliciumdioxid. Isopropanol wurde als Startlösungsmittel als Trockenmittel-superkritisches Kohlendioxid verwendet. Alle Experimente wurden in Hochdruckgeräten durchgeführt. Wissenschaftler lagen die Hauptparameter des Prozesses, versuchten es einerseits, sie zu beschleunigen und den Verbrauch des Trocknungsmittels zu reduzieren, und auf der anderen Seite verschlechtern sich die Produktqualität nicht, die durch den Restgehalt des Lösungsmittels innerhalb des Airgels geschätzt wird.
Infolgedessen fanden Wissenschaftler, dass der Verbrauch von Kohlendioxid aufgrund von Änderungen in den Parametern der überkritischen Trocknung um 63,4 Prozent reduziert werden kann, und die Gesamtprozesszeit beträgt etwa 50 Prozent. In diesem Fall bleibt die Qualität des hergestellten Produkts nahezu unverändert und die resultierenden Siliciumdioxid-Aerogele haben eine entwickelte spezifische Oberfläche (etwa 850 m / g) und eine hohe Porosität (etwa 95 Prozent). Daher haben russische Chemiker einen Weg gefunden, um den Prozess der überkritischen Trocknung zu optimieren, was ein wesentlicher Bestandteil der Produktionskosten von Fluggeldern ist.
Quelle: Naked Science