專利名稱：用于超臨界流體干燥的裝置和制備氣凝膠材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于功能材料制備的裝置和方法，具體地說，本發(fā)明涉及一種超臨界二氧化碳干燥裝置和采用所述裝置制造氣凝膠材料的方法。
背景技術(shù)：
氣凝膠又被稱作“固體煙”，是目前已知的最輕的固體材料。它由納米膠體粒子或高聚物分子構(gòu)成的輕質(zhì)、多孔性凝聚態(tài)固體材料，其顆粒尺寸介于1至IOOnm之間，屬于納米材料的范疇。氣凝膠具有獨(dú)特的開放性連續(xù)多孔無規(guī)則結(jié)構(gòu)和三維網(wǎng)絡(luò)，具有極低的密度、高比表面積和高孔隙率。在力學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等諸方面顯示出獨(dú)特性質(zhì)，在航天、軍事、通訊、醫(yī)用、建材、電子、冶金等眾多領(lǐng)域有著廣泛而巨大的應(yīng)用前景。氣凝膠材料在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。如專利CN1295496發(fā)明了一種離子交換過的硅酸鋁_鎂或氟化硅酸鎂氣凝膠，它們非常適合于用作第3-10族金屬絡(luò)合物催化劑的擔(dān)載體，從而用于烯烴聚合、催化加氫等反應(yīng)中；專利CN1810356公開了一種制備高光催化活性氣凝膠TiO2的方法。該方法通過溶膠-凝膠的方式制得醇凝膠，經(jīng)老化、超臨界干燥、焙燒處理后得到晶粒大小、孔結(jié)構(gòu)及晶型等微結(jié)構(gòu)性質(zhì)精細(xì)可調(diào)的納米晶氣凝膠TiO2塊體或粉末。該發(fā)明所制得TiO2氣凝膠在硝基苯降解等污水處理應(yīng)用領(lǐng)域具有比商用P-25光催化劑高達(dá)近三倍以上的光催化活性；CN101376501報道了一種二氧化硅氣凝膠薄膜的制備方法，該薄膜具有低的光折射率及高的硬度，可用作高效的光增透膜材料。CN101051566報道了一種電容器用炭氣凝膠電極材料的制備方法，該方法以間苯二酚和甲醛為反應(yīng)物，通過溶膠凝膠_干燥_高溫裂解獲得炭氣凝膠，該材料是一種高性能的電容器電極材料。另外， 氣凝膠在隔熱領(lǐng)域有重要用途，專利CN101041770、CN101913835A、CN1546312等均報道了氣凝膠隔熱材料的制備方法，所涉及氣凝膠均采用溶膠_凝膠法制備，并通過纖維復(fù)合使氣凝膠材料力學(xué)性能和使用性能得到提高，在隔熱領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。超臨界流體干燥技術(shù)是利用超臨界流體對溶質(zhì)強(qiáng)的溶解能力、高的擴(kuò)散性將溶質(zhì)轉(zhuǎn)移到超臨界流體中，然后通過減壓可以方便地使溶質(zhì)析出。超臨界流體干燥具有許多優(yōu)良的特點，如適應(yīng)性廣、效率高、分離簡單；表面張力為零，可以到達(dá)常規(guī)溶劑無法到達(dá)的深孔等。在各種超臨界流體干燥技術(shù)中，超臨界二氧化碳干燥技術(shù)的應(yīng)用最為廣泛。主要因為超臨界二氧化碳無毒、不燃燒、便宜易得、有適中的臨界溫度和臨界壓力(31.06°C、 7. 38MPa)、環(huán)境友好。已經(jīng)有諸多專利報道了利用超臨界干燥制備氣凝膠材料技術(shù)，如CN1562478A報道了用超臨界乙醇干燥法制備具有光催化性能的SO42VTiO2氣凝膠粉末，CN1569737A報道了用超臨界乙醇干燥法制備無團(tuán)聚或少團(tuán)聚且具有光電性能的鋅鋁復(fù)合氧化物氣凝膠粉末。不過，這兩篇專利中用到的超臨界乙醇所需溫度和壓力過高，具有較大危險性。 CN101863479A報道了一種用高壓液態(tài)介質(zhì)(二氧化碳、烷烴、烯烴等)進(jìn)行超臨界干燥制備SiO2氣凝膠的方法，該方法原料易得，工藝簡單，但該方法并沒有回收干燥介質(zhì)，這不適合于大規(guī)模生產(chǎn)。CN1139390A報道了一種使用超臨界流體制備氣凝膠顆粒及含有氣凝膠顆粒的防汗劑的方法，該專利詳細(xì)描述了一套能高效分離產(chǎn)品、回收干燥介質(zhì)的系統(tǒng)，不過， 該系統(tǒng)僅適用于原料為漿狀或流體狀的樣品。本專利描述了一種能實現(xiàn)不同生產(chǎn)規(guī)模(幾毫升到幾千升)、不同生產(chǎn)方式(連續(xù)或者間歇式)的超臨界二氧化碳干燥制備氣凝膠材料的方法，該方法干燥效率和二氧化碳回收效率高、能生產(chǎn)不同尺寸、型面、不同類型(粉體、塊體、纖維復(fù)合型等)的氣凝膠材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)1. 一種用于超臨界二氧化碳干燥的裝置，其中，所述裝置包括循環(huán)二氧化碳儲罐；與循環(huán)二氧化碳儲罐連接的加壓泵；經(jīng)由所述加壓泵與所述循環(huán)二氧化碳儲罐流體連接的一個或者多個干燥釜；與所述干燥釜流體連接的一個或多個分離釜；與所述分離釜流體連接的回收罐；與所述回收罐流體連接的壓縮泵；和經(jīng)由所述壓縮泵與所述回收罐流體連接的冷凝器，所述冷凝器還與所述循環(huán)二氧化碳儲罐流體連接。2、如技術(shù)方案1所述的裝置，其中，所述分離釜的數(shù)量為兩個以上，并且采用串聯(lián)的方式流體連接在所述干燥釜和所述回收罐之間。3、如技術(shù)方案1或2所述的裝置，其中，所述干燥釜的數(shù)量為兩個以上，并且采用并聯(lián)和/或串聯(lián)的方式流體連接在所述循環(huán)二氧化碳儲罐和所述分離釜之間。4、如技術(shù)方案1至3任一項所述的裝置，其中，所述干燥釜還直接與所述回收罐流體連接。5、如技術(shù)方案1至4任一項所述的裝置，其中，所述分離釜還直接與所述冷凝器流體連接。6.如技術(shù)方案1至5任一項所述的裝置，其中，所述干燥釜、分離釜和/或循環(huán)二氧化碳儲罐具有控溫裝置。7、如技術(shù)方案1至6任一項所述的裝置，其中，所述干燥釜和/或分離釜的溫度被控制為0至100°C，循環(huán)二氧化碳儲罐的溫度被控制為0至40°C。8、如技術(shù)方案1至5任一項所述的裝置，其中，所述裝置還包括原料二氧化碳儲罐和注入泵，所述原料二氧化碳儲罐經(jīng)由所述注入泵與所述循環(huán)二氧化碳儲罐流體連接。9、一種制造氣凝膠的方法，所述方法采用如技術(shù)方案1至8任一項所述的裝置對濕凝膠進(jìn)行超臨界二氧化碳干燥。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，可以提供一種用于超臨界二氧化碳干燥的裝置，采用該裝置制得的材料具有納米尺寸孔結(jié)構(gòu)的氣凝膠材料，并且生產(chǎn)規(guī)模是可調(diào)的，可實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。另外，本發(fā)明具有效率高、二氧化碳能循環(huán)使用，能用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)氣凝膠粉體材料、各種尺寸、規(guī)模的塊體材料等優(yōu)點。


將結(jié)合如下附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說明，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的用于超臨界二氧化碳干燥的裝置的示意圖， 其中包括一個干燥釜、一個分離釜。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的用于超臨界二氧化碳干燥的裝置的示意圖， 其中包括兩個干燥釜和和一個分離釜。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的用于超臨界二氧化碳干燥的裝置的示意圖， 其中包括兩個干燥釜和、兩個分離釜。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的用于超臨界二氧化碳干燥的裝置的示意圖， 其中包括兩個干燥釜和三個分離釜，其中一個分離釜裝有溶劑吸收劑。
具體實施例方式下面參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實施方式。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的用于超臨界二氧化碳干燥的裝置(下文簡稱本發(fā)明裝置)的示意圖，如圖1所示，在本發(fā)明的一些實施方式中，本發(fā)明裝置包括循環(huán)二氧化碳儲罐2，與循環(huán)二氧化碳儲罐2連接的加壓泵B2 ；經(jīng)由所述加壓泵B2與所述循環(huán)二氧化碳儲罐2流體連接的干燥釜Gl ；與所述干燥釜Gl流體連接的分離釜Fl ；與所述分離釜 Fl流體連接的回收罐3 ；與所述回收罐流體連接的壓縮泵B3 ；和經(jīng)由所述壓縮泵B3與所述回收罐3流體連接的冷凝器4，所述冷凝器4還與所述循環(huán)二氧化碳儲罐2流體連接。在本發(fā)明的一些實施方式中，本發(fā)明裝置還包括原料二氧化碳儲罐1和注入泵 Bi，所述原料二氧化碳儲罐1經(jīng)過所述注入泵Bl與所述循環(huán)二氧化碳儲罐2流體連接。根據(jù)本發(fā)明的一些優(yōu)選實施方式，所述干燥釜Gl進(jìn)一步與所述回收罐3連接。這樣，在干燥結(jié)束需要的情況下，可以將所述干燥釜Gl中的二氧化碳直接釋放到回收罐中， 后經(jīng)過二氧化碳壓縮泵B3進(jìn)行回收。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，所述分離釜Fl還直接與所述冷凝器4流體連接。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，所述干燥釜Gl、分離釜Fl和/或循環(huán)二氧化碳儲罐 2具有控溫裝置，以便控制其中的溫度。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，所述干燥釜Gl和/或分離釜Fl的溫度被控制為0 至100°c，循環(huán)二氧化碳儲罐2的溫度被控制為0至40°C。本發(fā)明裝置可以在循環(huán)通路中設(shè)置有各種控制閥，例如高壓控制閥，用以控制流體例如二氧化碳?xì)怏w的流動，這些閥可以是高壓閥，手動閥等。例如可選的是，1)在所述加壓泵2和所述干燥釜Gl之間設(shè)置有閥Yl ；和/或2)在所述干燥釜Gl和所述分離釜Fl之間設(shè)置有閥Y2;和/或3)在所述分離釜Fl和所述回收罐3之間設(shè)置有閥Y4;和/或5)在分離釜Fl和冷凝器4之間設(shè)置閥Y5。從而可以通過閥Y1、Y2、Y3和/或Υ4控制例如二氧化碳流體的流動。另外，所有壓力容器(例如原料二氧化碳儲罐1、循環(huán)二氧化碳儲罐2、干燥釜G1、 分離釜Fl和冷凝器4等)均可以帶有獨(dú)立的排空閥(圖中未示出)。所有壓力容器均可以帶有壓力表、溫度表，這些儀表可顯示釜體內(nèi)部的溫度和壓力。原料二氧化碳儲罐、循環(huán)二氧化碳儲罐還可以帶有二氧化碳體積表，這些體積表可顯示罐體內(nèi)液體二氧化碳的體積。 在干燥釜Gl的入口均可以裝有一個質(zhì)量流量計，該流量計可顯示進(jìn)入每個干燥釜的液態(tài)二氧化碳流量。另外，超臨界溫度、壓力需要根據(jù)體系內(nèi)待干燥的溶劑總量的不同而設(shè)定，設(shè)定依據(jù)為該溶劑與二氧化碳等多元體系的相態(tài)圖。該相態(tài)圖可根據(jù)文獻(xiàn)或者通過小型超臨界干燥裝置進(jìn)行定量測試獲得。為提高干燥速度，可以采用比超臨界壓力更高的壓力進(jìn)行生產(chǎn)。另外，各壓力容器和泵等可以帶有各種滿足設(shè)計要求的安全附件。本發(fā)明裝置中的干燥釜、分離釜和/或循環(huán)二氧化碳儲罐可以具有獨(dú)立的溫度控制功能。為實現(xiàn)氣體循環(huán)過程，包括注入泵、加壓泵和壓縮泵在內(nèi)的各個泵的流量根據(jù)具體需要相互匹配地設(shè)置或設(shè)定。本發(fā)明對各個壓力容器的容積沒有特別的顯示，例如循環(huán)二氧化碳?xì)怏w儲罐2的體積可以是干燥釜Gl的體積的2至3倍；原料二氧化碳儲罐1的體積可以是循環(huán)二氧化碳儲罐2的體積的2至3倍。本發(fā)明對循環(huán)二氧化碳儲罐2中的壓力、溫度沒有特別的要求，其中壓力例如可以為5至8MPa，溫度為0至40°C，優(yōu)選為10至20°C，進(jìn)一步優(yōu)選為10°C。如果溫度過高， 則需要充分加熱，如果溫度過低，則需要在下游壓力容器中進(jìn)行加熱。本發(fā)明對干燥釜Gl中的壓力和溫度沒有特別的限制，例如，壓力可以為10至 30MPa，溫度為 50 至 60°C。另外，本發(fā)明對分離釜Fl的壓力和溫度也沒有特別的限制，一般情況下是壓力越低，溶劑分離越快越充分。但是優(yōu)選為5至8Mpa，進(jìn)一步優(yōu)選為5至6MPa。壓力過大，分離不充分，因為二氧化碳在壓力高時對溶劑的溶解度高。壓力過小，分離釜和干燥釜之間的壓力差過大，則要求具有過大體積的分離釜。溫度優(yōu)選為20至40°C。另外，本發(fā)明冷凝器4的壓力一般跟循環(huán)二氧化碳儲罐2中的壓力保持基本一致， 溫度例如可以控制在0至10°C的范圍。以下結(jié)合本發(fā)明的一些優(yōu)選實施方式說明采用本發(fā)明裝置進(jìn)行超臨界二氧化碳干燥的使用流程，該流程主要包括如下步驟(1)干燥前準(zhǔn)備從原料二氧化碳儲罐1通過注入泵Bl (見例如圖1中的虛框部分)向循環(huán)二氧化碳儲罐2中注入液體二氧化碳，直到循環(huán)二氧化碳儲罐2內(nèi)的液態(tài)二氧化碳的體積達(dá)到待用干燥釜總體積的例如2倍；在本發(fā)明的一些實施方式中，也可以沒有所述原料二氧化碳儲罐1和注入泵Bi，而是直接在循環(huán)二氧化碳儲罐中注入二氧化碳。(2)向干燥釜Gl內(nèi)放入待干燥的樣品(例如濕凝膠)將干燥釜Gl的釜體的溫度控制在例如0至50°C，然后將待干燥的樣品放入干燥釜Gl (見圖1)的釜體內(nèi)；(3)例如通過開啟閥Yl，從循環(huán)二氧化碳儲罐2中通過加壓泵B2向干燥釜Gl的釜體中注入二氧化碳?xì)怏w，二氧化碳在進(jìn)入干燥釜Gl之前例如可以先經(jīng)過帶有加熱水套的管路(圖中未示出)，使得二氧化碳?xì)怏w受到加熱。氣體溫度控制在例如0至50°C ；(4) 二氧化碳?xì)怏w循環(huán)，該循環(huán)的方式有循環(huán)方式1 干燥釜Gl內(nèi)的壓力達(dá)到設(shè)定的超臨界壓力時，例如通過開啟干燥釜 Gl和分離釜Fl之間的閥Y2，使二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入分離釜F1。分離釜Fl內(nèi)的壓力達(dá)到設(shè)定壓力時，開啟分離釜Fl和冷凝器4之間的壓力調(diào)節(jié)閥Y5 (此時閥Y3和Y4仍然關(guān)閉)，二氧化碳?xì)怏w在冷凝器4內(nèi)被冷凝成液態(tài)二氧化碳后，回到循環(huán)二氧化碳儲罐2，從而實現(xiàn)二氧化碳?xì)怏w在干燥釜Gl、分離釜Fl、冷凝器4和循環(huán)二氧化碳儲罐2之間的循環(huán)。該方式中，干燥釜G1、分離釜Fl內(nèi)的壓力例如通過控制泵B2的流量和各閥的開啟程度控制，循環(huán)二氧化碳儲罐2內(nèi)的壓力主要由例如該罐內(nèi)的氣體溫度決定。其中，分離釜Fl內(nèi)能實現(xiàn)的壓力最低值可以設(shè)置成與循環(huán)二氧化碳儲罐2內(nèi)的氣體壓力相同；循環(huán)方式2 干燥釜Gl內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定的超臨界壓力時，例如通過開啟干燥釜Gl 和分離釜Fl之間的閥Y2;分離釜Fl內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定壓力時，例如通過開啟分離釜Fl和回收罐3之間的閥Y4(此時閥Υ3和Υ5關(guān)閉)。進(jìn)入回收罐3中的二氧化碳?xì)怏w被壓縮泵Β3 重新壓縮后進(jìn)入冷凝器4，氣體在冷凝器內(nèi)被冷凝成液態(tài)二氧化碳后，回到循環(huán)二氧化碳儲罐2中，從而實現(xiàn)二氧化碳?xì)怏w在干燥釜Gl、分離釜Fl、回收罐3、冷凝器4和循環(huán)二氧化碳儲罐2之間的循環(huán)。該方式中，分離釜Fl內(nèi)壓力最低值可降低至大氣壓；在循環(huán)方式2中，通過運(yùn)行加壓泵，向干燥釜Gl中注入經(jīng)壓縮的二氧化碳?xì)怏w，被干燥出來的溶劑在分離釜中被分離出來。直到分離釜中再分離不出溶劑(例如不再滴出溶劑)，則可以認(rèn)為氣凝膠干燥過程完成；(5)溶劑干燥過程完成后，加壓泵Β2停止運(yùn)行。開始執(zhí)行干燥釜Gl內(nèi)二氧化碳?xì)怏w的回收過程。該過程首先是例如通過關(guān)閉閥Yl、Υ3和Υ4，開啟閥Υ2和Υ5，干燥釜Gl 內(nèi)的經(jīng)加壓的二氧化碳?xì)怏w自動經(jīng)過分離釜Fl和冷凝器4重新回到循環(huán)二氧化碳儲罐2。 直到干燥釜Gl內(nèi)壓力與循環(huán)二氧化碳儲罐Fl壓力相當(dāng)后，例如通過關(guān)閉閥Υ2、Υ4、Υ5，開啟泵Β3、閥Υ3，干燥釜Gl內(nèi)二氧化碳?xì)怏w開始通過回收罐3、壓縮泵Β3、冷凝器4和循環(huán)二氧化碳儲罐2繼續(xù)實現(xiàn)干燥釜Gl內(nèi)剩余二氧化碳的回收過程。該過程將持續(xù)到干燥釜Gl 內(nèi)壓力達(dá)到回收罐所連接的壓縮泵的工作壓力下限為止，隨后，干燥釜Gl內(nèi)剩余二氧化碳可以例如直接通過排空閥排空即可。干燥釜Gl內(nèi)壓力為常壓時，即可開啟干燥釜Gl取出被干燥的樣品。以上描述了只有一個干燥釜和一個分離釜的實施方式，這些實施方式用于實現(xiàn)間歇式的干燥過程，例如待干燥的樣品分批進(jìn)行干燥。不過，本發(fā)明對干燥釜和分離釜的數(shù)量沒有特別限制，可以根據(jù)實際需要增減干燥釜和/或分離釜的數(shù)量，從而實現(xiàn)例如生產(chǎn)能力的提升或超臨界流體干燥的改善，從而提高所制得的氣凝膠材料的性能。在例如包括兩個以上的干燥釜時，可實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)過程。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的用于超臨界二氧化碳干燥的裝置的示意圖， 其中包括兩個干燥釜和一個分離釜。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的用于超臨界二氧化碳干燥的裝置的示意圖，其中包括兩個干燥釜和兩個分離釜。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一些實施方式的用于超臨界二氧化碳干燥的裝置的示意圖，其中包括兩個干燥釜和三個分離釜，其中一個分離釜裝有溶劑吸收劑。如圖2所示，其中包括兩個干燥釜G1，G2和分離釜Fl。兩個干燥釜Gl，G2可以采用并聯(lián)和/或串聯(lián)的方式流體連接在所述循環(huán)二氧化碳儲罐和所述分離釜之間。另外，優(yōu)選通過控制閥控制流體的流向。在采用串聯(lián)方式流體連接的情況下，可以例如通過控制多個干燥釜的進(jìn)出口的閥門來實現(xiàn)二氧化碳單獨(dú)通過其中的一個干燥釜，然后依次通過另外的干燥釜。在采用并聯(lián)方式流體連接的情況下，可以使氣體分別進(jìn)入干燥釜Gl，G2。在采用并聯(lián)和串聯(lián)方式的情況下，即在以上并聯(lián)方式的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將各干燥釜直接流體連接。如圖2所示，如果例如關(guān)閉閥Y6、Y7、Y8和Y9，開啟閥Y10，則可實現(xiàn)氣流只單獨(dú)通過干燥釜G2。同樣地，也可以以類似的方式實現(xiàn)流體只單獨(dú)通過干燥釜Gl。如果關(guān)閉閥門Y7，開啟閥門Y6、Y10，則可實現(xiàn)氣流以并聯(lián)的方式通過干燥釜Gl、G2。如果關(guān)閉閥門Υ8、Υ9、Υ10，則可實現(xiàn)氣流以串聯(lián)的方式先后通過干燥釜G1、G2。因此，通過控制這些閥門的開啟和關(guān)閉，可以實現(xiàn)連續(xù)式的干燥過程。例如，先在干燥釜Gl中放入待干燥的樣品，先控制氣流僅經(jīng)過G1，在對Gl內(nèi)樣品進(jìn)行干燥的同時，可以在干燥釜G2中放入待干燥的樣品。待干燥釜Gl內(nèi)的樣品再分離不出溶劑時，立刻將泵B2的氣流注入干燥釜G2中，開始對G2內(nèi)樣品進(jìn)行干燥。而此時， 可開始對干燥釜Gl內(nèi)的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行回收。待完成干燥釜Gl內(nèi)二氧化碳?xì)怏w回收并取出Gl內(nèi)樣品后，立刻向干燥釜Gl中再放入另外的待干燥樣品。如此可實現(xiàn)裝置連續(xù)性生產(chǎn)過程。在循環(huán)過程中，為降低回到循環(huán)二氧化碳儲罐2內(nèi)的二氧化碳中溶劑的含量(凝膠內(nèi)需要去除的物質(zhì))，避免這些物質(zhì)對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能的影響，可采取如下方法(1)增加分離釜的數(shù)量(如圖3和4所示)，這些分離釜優(yōu)選采用串聯(lián)的方式流體連接在所述干燥釜和所述回收罐之間。通過這種方式可實現(xiàn)“干燥釜(可以為多個干燥釜)、多個分離釜、冷凝器、循環(huán)二氧化碳儲罐”的循環(huán)方式，以及“干燥釜(可以為多個干燥釜)、多個分離釜、回收罐、冷凝器和循環(huán)二氧化碳儲罐”的循環(huán)方式。(2)沿著氣流的方向，在最后一個或多個分離釜內(nèi)放置能吸附溶劑的材料，比如分子篩等，并定期對這些材料進(jìn)行更換或活化(如圖4所示)，本發(fā)明裝置包括裝有溶劑吸收劑的分離釜FXl。干燥過程中，該釜為氣流經(jīng)過的最后一個或多個分離釜，能吸附上游氣路中其余分離釜沒有分離出來的殘余的少量溶劑。待溶劑吸收劑吸收飽和后，通過閥門控制， 切斷該釜的氣路，然后將該釜內(nèi)氣體排空，隨后可對該釜內(nèi)的溶劑吸收劑進(jìn)行更換或活化。 在本發(fā)明裝置包括多個裝有溶劑吸收劑的方式中，采用將多個裝有吸附劑(例如容易吸附乙醇同時又不溶于二氧化碳的物質(zhì)，如分子篩(孔徑0. 4nm)的分離釜以并聯(lián)的方式流體連接在上游分離釜和回收罐之間，每次讓氣流僅流經(jīng)一個裝有溶劑吸收劑的分離釜，待其中的溶劑吸收劑吸收飽和后，將氣流切換到另一個裝有溶劑吸收劑的分離釜，由此實現(xiàn)這多個分離釜的輪換使用；(3)降低分離釜的分離壓力。在本發(fā)明的一些實施方式中，采用二氧化碳流體的 “干燥釜(可以為多個干燥釜)、分離釜(可以為多個干燥釜)、回收罐、冷凝器、循環(huán)二氧化碳儲罐”的循環(huán)方式更容易實現(xiàn)這個目標(biāo)。這種方式中，通過一個安裝在回收罐上的能給壓縮泵B 3發(fā)出啟動或關(guān)閉信號壓力變送器來控制壓縮泵B3的啟動或關(guān)閉(該壓力變送器具有壓力下限設(shè)定功能，當(dāng)檢測到回收罐內(nèi)壓力低于該壓力下限設(shè)定值時，壓力變送器發(fā)出關(guān)閉信號給壓縮泵B3，壓縮泵B3停止工作；當(dāng)檢測到回收罐內(nèi)壓力高于該壓力下限設(shè)定值時，壓力變送器發(fā)出工作啟動信號給壓縮泵B3，壓縮泵B3開始工作)，可以將回收罐壓力控制到一個大氣壓大小，因此，與之相連的分離釜出口壓力值也可以降至大氣壓大小，從而通過例如控制分離釜出口閥門大小實現(xiàn)分離釜的釜內(nèi)壓力降低至最低為接近回收罐內(nèi)壓力值。本發(fā)明還提供了制備氣凝膠材料的方法，所述方法采用如上所述的本發(fā)明裝置進(jìn)行超臨界二氧化碳流體干燥。采用上述方法，可以制備出沒有纖維增強(qiáng)的氣凝膠，其顆粒尺寸可以小于IOOnm ；和孔徑小于IOOnm ；體積密度為0. 01g/cm3至lg/cm3。置于待干燥的濕凝膠的制備和處理過程，可參考CN101698584A、CN101698591A、CN 101955350A等專利文獻(xiàn)中的描述進(jìn)行。當(dāng)然，采用本發(fā)明的方法，也可以制備出氣凝膠粉體材料、塊體材料或纖維增強(qiáng)型氣凝膠材料。與其它已公開的氣凝膠材料制備方法相比，本發(fā)明例如具有如下優(yōu)點本發(fā)明可大規(guī)模生產(chǎn)氣凝膠材料，生產(chǎn)能力可達(dá)1立方米以上/批次；在采用多個干燥釜的情況下， 則可實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)；在采用多個分離釜的情況下，可以干燥得更加徹底；在采用回收罐的情況下，可以改善干燥速度和分離釜中溶劑的分離效率，從而提高產(chǎn)品的性能；本發(fā)明可生產(chǎn)多種類型氣凝膠材料，包括不同組成、形態(tài)、型面、尺寸等；本發(fā)明所制備的氣凝膠材料密度、微觀結(jié)構(gòu)等更加可控；在化學(xué)化工、高性能材料等領(lǐng)域具有非常大的應(yīng)用潛力。實施例下文將通過舉例方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。然而，這些實施例只是就本發(fā)明的實施方式進(jìn)行舉例說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)解釋為僅限于這些實施例。另外，實施例所采用的化學(xué)試劑購自北京市化學(xué)試劑公司，無機(jī)纖維材料購自山東魯陽股份有限公司。
實施例1氣凝膠粉體材料的制備在本實施例中采用的用于超臨界二氧化碳干燥的裝置包括如表1中所示的部件， 各部件的參數(shù)如表1所示。表 權(quán)利要求
1.一種用于超臨界二氧化碳干燥的裝置，其中，所述裝置包括 循環(huán)二氧化碳儲罐；與循環(huán)二氧化碳儲罐連接的加壓泵；經(jīng)由所述加壓泵與所述循環(huán)二氧化碳儲罐流體連接的一個或者多個干燥釜； 與所述干燥釜流體連接的一個或多個分離釜； 與所述分離釜流體連接的回收罐； 與所述回收罐流體連接的壓縮泵；和經(jīng)由所述壓縮泵與所述回收罐流體連接的冷凝器，所述冷凝器還與所述循環(huán)二氧化碳儲罐流體連接。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述分離釜的數(shù)量為兩個以上，并且采用串聯(lián)的方式流體連接在所述干燥釜和所述回收罐之間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中，所述干燥釜的數(shù)量為兩個以上，并且采用并聯(lián)和/或串聯(lián)的方式流體連接在所述循環(huán)二氧化碳儲罐和所述分離釜之間。
4.如權(quán)利要求1至3任一項所述的裝置，其中，所述干燥釜還直接與所述回收罐流體連接。
5.如權(quán)利要求1至4任一項所述的裝置，其中，所述分離釜還直接與所述冷凝器流體連接。
6.如權(quán)利要求1至5任一項所述的裝置，其中，所述干燥釜、分離釜和/或循環(huán)二氧化碳儲罐具有控溫裝置。
7.如權(quán)利要求1至6任一項所述的裝置，其中，所述干燥釜和/或分離釜的溫度被控制為0至100°C，循環(huán)二氧化碳儲罐的溫度被控制為0至40°C。
8.如權(quán)利要求1至5任一項所述的裝置，其中，所述裝置還包括原料二氧化碳儲罐和注入泵，所述原料二氧化碳儲罐經(jīng)由所述注入泵與所述循環(huán)二氧化碳儲罐流體連接。
9.一種制造氣凝膠的方法，所述方法采用權(quán)利要求1至8任一項所述的裝置對濕凝膠進(jìn)行超臨界二氧化碳干燥。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于超臨界二氧化碳干燥的裝置，所述裝置包括循環(huán)二氧化碳儲罐、加壓泵、一個或者多個干燥釜、一個或多個分離釜、回收罐、壓縮泵和冷凝器。本發(fā)明還提供采用所述裝置制備氣凝膠材料的方法。本發(fā)明具有溶劑分離效率高、干燥速度快、二氧化碳能循環(huán)使用等優(yōu)點，并且能用于小規(guī)模制備或大規(guī)模生產(chǎn)各類氣凝膠材料。
文檔編號C01B31/20GK102491326SQ20111038862
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者劉喜宗, 劉斌, 張凡, 張昊, 張繼承, 張鵬, 詹萬初, 鄒軍鋒 申請人:航天特種材料及工藝技術(shù)研究所