Aergens sú vysoko fázované štruktúrované materiály, ktorých vnútorné dutiny sú naplnené plynom. Majú veľmi nízku hustotu a tepelnú vodivosť, ako aj vysokú tvrdosť a transparentnosť súčasne, vďaka ktorej aerogely sa používajú na tepelnú izoláciu a iné úlohy. Jedným z kľúčových stupňov získavania airgels je však nadkritické sušenie - veľmi drahé, čo obmedzuje možnosť použitia týchto materiálov.
V novej práci vedci z PCTU pomenované po MandelEV ukázali, že optimalizácia technologických podmienok pre nadkritické sušenie, je možné, bez toho, aby sa zhoršoval kvalitu materiálu, aby sa tento proces výrazne urýchlil a znížil náklady na sušiace činidlo, ktoré robí syntézu aerogels cenovo dostupnejšiu. Výsledky práce sú publikované v technológii sušenia denníka.
Bežný gél je trojrozmerný rámec s veľkým množstvom pórov naplnených kvapalinou. Aerogels sa líšia od konvenčných gélov v tom, že kvapalná fáza v nich je úplne substituovaná plynným. Majú malú hustotu a zároveň vysokú tvrdosť, transparentnosť, tepelnú odolnosť, ako aj extrémne nízku tepelnú vodivosť.
Preto sa airgely používajú na výrobu tepelných izolačných materiálov, na rôznych lekárskych účely a dokonca aj v priestore - od nich pasce pre kozmický prach, schopný zachytiť najmenšie častice. Airgely sa získavajú v niekoľkých fázach: prvá zo základných chemických zložiek robia prekurzory roztoky, potom sa získajú bežné gély, a potom sa gély sušia, zatiaľ čo kvapalina, plniace póry, sa nahradí plynom.
Zvyčajné sušenie pri atmosférickom tlaku a zvýšených teplotách nie je vhodné na tieto účely: ničí štruktúru zdrojového gélu a v dôsledku toho, že sa prijímať. Namiesto toho sa uskutočňuje nadkritické sušenie, v ktorom sa používajú superkritické tekutiny - tzv. Stav látky pri tlaku a teplote nad kritickým, keď rozdiel zmizne medzi plynnou a kvapalnou fázou (napríklad konvenčná voda sa stáva nadkritickou tekutinou teplota a tlak väčší ako 647 K a 218 bar).
Najčastejšie superkritické sušenie v médiu CO2 je najčastejšie (kritické parametre: 303,9 K, 73 barov). Počas takéhoto sušenia sa nadkritická tekutina postupne presunie rozpúšťadlo a potom sa tlak zníži v reaktore a nadkritická tekutina ide do plynnej fázy - tak z gélu na konci airgel s nekatramovaným pórom systému je získané z gélu.
Superkritické sušenie je však veľmi drahé, čo obmedzuje možnosť použitia airgels a materiálov na základe nich. Preto vedci hľadajú spôsoby, ako optimalizovať tento proces. "Mnohé vedecké skupiny sa zaoberajú intenzifikáciou procesu nadkritického sušenia," hovorí jeden z autorov práce, zamestnanec PCTU, Pavel Cigán. - Sústredili sme sa v našej práci na účinku procesu parametrov - teplota, spotreba nadkritického sušiaceho prostriedku a jeho režimu krmiva, k kľúčovým charakteristikám procesu sušenia - jeho trvanie a celkové výdavky sušiaceho činidla.
Výskumníci študovali proces nadkritického sušenia pomocou príkladu klasickej airgene na základe oxidu kremičitého. Izopropanol sa použil ako východiskové rozpúšťadlo, ako sušidlo - superkritický oxid uhličitý. Všetky experimenty sa uskutočnili vo vysokotlakovom prístroji. Vedci sa pohybovali hlavným parametrom procesu, sa snaží na jednej strane urýchliť a znížiť spotrebu sušiaceho činidla, a na druhej strane, neužívajte kvalitu výrobku odhadnutá zvyškovým obsahom rozpúšťadla vo vnútri airgene.
V dôsledku toho vedci zistili, že v dôsledku zmien v parametroch nadkritického sušenia sa môže spotreba oxidu uhličitého znížená o 63,4% a celkový čas procesu je približne 50%. V tomto prípade je kvalita vyrobeného produktu takmer nezmenená a výsledné aerogély oxidu kremičitého majú rozvinutý špecifický povrch (približne 850 m / g) a vysokú pórovitosť (približne 95%). Ruskí chemici teda našli spôsob, ako optimalizovať proces superkritického sušenia, ktorý je podstatnou súčasťou nákladov na výrobu airgelov.
Zdroj: Nahá veda