Agels zijn sterk gefaseerde gestructureerde materialen, waarvan de interne leegden zijn gevuld met gas. Ze hebben een zeer lage dichtheid en thermische geleidbaarheid, evenals hoge hardheid en transparantie tegelijkertijd, waaraan de aerogels worden gebruikt voor thermische isolatie en andere taken. Een van de belangrijkste stadia van het verkrijgen van airgels is echter een superkritisch drogen - erg duur, wat de mogelijkheid beperkt om deze materialen te gebruiken.
In het nieuwe werk toonden wetenschappers van de PCTU genoemd naar DI Mendeleev dat, het optimaliseren van technologische omstandigheden voor het superkritische drogen, het mogelijk is zonder de kwaliteit van het materiaal te verslechteren om dit proces aanzienlijk te versnellen en de kosten van het droogmiddel, dat maakt de synthese van aerogels betaalbaarder. De resultaten van het werk worden gepubliceerd in de tijdschrift Droogtechnologie.
Een gewone gel is een driedimensionaal mesh-frame met een groot aantal poriën gevuld met vloeistof. Agels verschillen van conventionele gels in dat de vloeibare fase in hen volledig is gesubstitueerd met gasvormig. Ze hebben een kleine dichtheid en tegelijkertijd hoge hardheid, transparantie, hittebestendigheid, evenals extreem lage thermische geleidbaarheid.
Daarom worden airgels gebruikt voor de vervaardiging van thermische isolatiematerialen, in verschillende medische doeleinden en zelfs in de ruimte - van hen vallen voor kosmisch stof, in staat om de kleinste deeltjes vast te leggen. Airgels worden in verschillende fasen verkregen: eerste van de basis chemische componenten maken precursorsoplossingen, dan worden gewone gels verkregen, en dan worden de gels gedroogd, terwijl de vloeistof, het vullen van poriën, wordt vervangen door gas.
Het gebruikelijke drogen bij atmosferische druk en verhoogde temperaturen is niet geschikt voor deze doeleinden: het vernietigt de structuur van de brongel en als gevolg van de airgel van het niet te ontvangen. In plaats daarvan wordt superkritisch drogen uitgevoerd, waarbij superkritische vloeistoffen worden gebruikt - zogenaamde toestand van de substantie bij een druk en temperatuur boven het kritiek wanneer het verschil tussen de gas- en vloeibare fase verdwijnt (bijvoorbeeld conventioneel water wordt ook conventioneel water een temperatuur en druk van respectievelijk 647 K en 218 bar).
Het meest voorkomende superkritische drogen in het CO2-medium is de meest voorkomende (kritieke parameters: 303,9 K, 73 balken). Tijdens een dergelijke drogen verplaatst het superkritische fluïdum het oplosmiddel, en vervolgens wordt de druk in de reactor verminderd, en gaat het superkritische fluïdum in de gasfase - dus van de gel uiteindelijk is de luchtgelegenheid met een niet-verdomd poriënsysteem van de gel verkregen uit de gel.
Het superkritische drogen is echter erg duur, dat de mogelijkheid beperkt om luchtgels en materialen op basis van hen te gebruiken. Daarom zijn wetenschappers op zoek naar manieren om dit proces te optimaliseren. "Veel wetenschappelijke groepen zijn bezig met de intensivering van het proces van superkritisch drogen", zegt een van de auteurs van het werk, een werknemer van de PCTU, Pavel Gatsy. - We concentreerden ons in ons werk aan het effect van de procesparameters - temperatuur, het verbruik van het superkritische droogmiddel en de invoermodus, tot de belangrijkste kenmerken van het droogproces - de duur en de totale uitgaven van het droogmiddel.
De onderzoekers bestudeerden het proces van superkritisch drogen met behulp van het voorbeeld van klassieke luchtgelegenheid op basis van silica. Isopropanol werd gebruikt als een startoplosmiddel, als een droogmiddel - superkritisch koolstofdioxide. Alle experimenten werden uitgevoerd in hogedrukinrichting. Wetenschappers varieerden de hoofdparameters van het proces, en probeerden, enerzijds, enereer het en verminderen de consumptie van het droogmiddel en anderzijds de productkwaliteit niet verergerd door de resterende inhoud van het oplosmiddel in de luchtgel.
Dientengevolge vonden wetenschappers dat als gevolg van veranderingen in de parameters van het superkritische drogen, het verbruik van kooldioxide kan worden verminderd met 63,4 procent, en de totale procestijd is ongeveer 50 procent. In dit geval blijft de kwaliteit van het geproduceerde product bijna ongewijzigd en hebben de resulterende siliciumoxide aerogels een ontwikkeld specifiek oppervlak (ongeveer 850 m / g) en hoge porositeit (ongeveer 95 procent). Zo hebben Russische chemici een manier gevonden om het proces van superkritische drogen te optimaliseren, wat een substantieel deel is van de productiekosten van de productie van airgels.
Bron: Naked Science