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氣凝膠的干燥方法

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氣凝膠的干燥方法（常壓和超臨界法）的區(qū)別

氣凝膠的兩種制備工藝，根據(jù)干燥工藝的不同，主要分為超臨界干燥工藝和常壓干燥工藝兩種，其他尚未實現(xiàn)批量生產(chǎn)技術(shù)還有真空冷凍干燥、亞臨界干燥等。

超臨界干燥技術(shù)是最早實現(xiàn)批量制備氣凝膠技術(shù)，已經(jīng)較為成熟，也是目前國內(nèi)外氣凝膠企業(yè)采用較多的技術(shù)。超臨界干燥旨在通過壓力和溫度的控制，使溶劑在干燥過程中達(dá)到其本身的臨界點，形成一種超臨界流體，處于超臨界狀態(tài)的溶劑無明顯表面張力，從而可以實現(xiàn)凝膠在干燥過程中保持完好骨架結(jié)構(gòu)。目前已經(jīng)實現(xiàn)批產(chǎn)技術(shù)一般采用二氧化碳作為干燥介質(zhì)，簡稱二氧化碳超臨界干燥技術(shù)。

 

常壓干燥技術(shù)一種新型的氣凝膠制備工藝，是當(dāng)前研究最活躍，發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮臍饽z批產(chǎn)技術(shù)。其原理是采用疏水基團(tuán)對凝膠骨架進(jìn)行改性，避免凝膠孔洞表面的硅羥基相互結(jié)合并提高彈性，同時采用低表面張力液體置換凝膠原來高比表面積的水或乙醇從而可以在常壓下直接干燥獲得性能優(yōu)異的氣凝膠材料，目前國內(nèi)深圳中凝科技有限公司自主研發(fā)的氣凝膠制備技術(shù)屬于全球領(lǐng)先的常壓干燥技術(shù)。 下面對兩種技術(shù)路線做簡要的分析對比：

 

設(shè)備投入：超臨界干燥技術(shù)使用核心設(shè)備為高壓釜，一般工作壓力高達(dá)7~20MPa，屬于特種設(shè)備中的壓力容器，設(shè)備系統(tǒng)較為復(fù)雜，運行和維護(hù)成本也較高，目前國內(nèi)已有能提供成套制備超臨界設(shè)備的廠家，但數(shù)量不多，業(yè)主的議價能力較弱。常壓干燥技術(shù)采用常規(guī)的常壓設(shè)備，相對超臨界干燥由于不需要高壓條件，設(shè)備投入低，設(shè)備系統(tǒng)也較為簡單，因為大部分化工設(shè)備單位都能加工制造，業(yè)主議價能力較強。

 

生產(chǎn)成本：氣凝膠的生產(chǎn)成本主要集中在硅源、設(shè)備折舊和能耗三塊。硅源主要包括水玻璃和有機硅。有機硅價格較為昂貴，但是純度高，工藝適應(yīng)性好，既可以應(yīng)用于超臨界干燥工藝，也可以適用于常壓干燥工藝，目前國內(nèi)外采用超臨界干燥工藝的企業(yè)基本上都是采用有機硅源。水玻璃價格低廉，但是雜質(zhì)較多，去除雜質(zhì)的工藝較為繁瑣，目前主要應(yīng)用于常壓干燥技術(shù)中。設(shè)備折舊方面，因超臨界干燥技術(shù)設(shè)備投資較高，折舊要要高于常壓技術(shù)。能耗方面，超臨界干燥系統(tǒng)耗電要高于常壓干燥系統(tǒng)，蒸汽消耗方面兩者差別不大。因此，一般而言采用常壓干燥技術(shù)的生產(chǎn)成本要低于超臨界干燥。

 

產(chǎn)品性能：就二氧化硅氣凝膠而言，目前超臨界干燥技術(shù)和常壓干燥技術(shù)生產(chǎn)產(chǎn)品沒有任何顯著或?qū)嵸|(zhì)意義的區(qū)別，基本上超臨界技術(shù)能達(dá)到技術(shù)指標(biāo)，常壓干燥工藝都能達(dá)到。在非二氧化硅硅氣凝膠制備方面，超臨界干燥工藝要成熟很多，不過還沒有量產(chǎn)的報道。

 

技術(shù)門檻：相對而言，超臨界干燥技術(shù)的生產(chǎn)效率、安全性，乃至工藝變更都對設(shè)備系統(tǒng)有較高依賴度，如果設(shè)備廠家提供設(shè)備系統(tǒng)較為成熟可靠，業(yè)主進(jìn)入技術(shù)門檻相對較低，這也是許多氣凝膠行業(yè)新進(jìn)入者選擇超臨界工藝原因之一，但也因此受到較多制約。常壓干燥技術(shù)設(shè)備的投資門檻較低，但是技術(shù)門檻卻較高，對配方的設(shè)計和流程組合優(yōu)化有較高要求，如果技術(shù)不過關(guān)，不僅生產(chǎn)成本可能高于超臨界，甚至于性能指標(biāo)也不能達(dá)到要求。

 

拓展空間：超臨界干燥作為高壓特種設(shè)備，如果要擴大生產(chǎn)規(guī)模，固定資產(chǎn)投入是巨大的，氣凝膠未來如果要迎接建筑保溫的巨大市場，比如達(dá)到年產(chǎn)50萬立方米（這僅是目前中小規(guī)模建材企業(yè)的規(guī)模），采用超臨界干燥技術(shù)的設(shè)備設(shè)備投入將高達(dá)數(shù)十億，十分不利于氣凝膠企業(yè)的做大做強。而常壓干燥技術(shù)，隨著規(guī)模擴大，投入產(chǎn)出比會進(jìn)一步提高，可以較少投資獲得較大生產(chǎn)規(guī)模，因而更能適應(yīng)未來大生產(chǎn)的需要。此外，受限于硅源，超臨界的原料成本降低空間有限，只能通過優(yōu)化系統(tǒng)提高生產(chǎn)效率，而常壓干燥對廉價硅源有較強接納能力，流程優(yōu)化方面也有較多自由度，因而擁有更大的成本下降空間。

 

作者：知乎用戶
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