В РХТУ облегчили процесс получения аэрогелей

Дата публикации: 17 февраля 2021

Образцы аэрогелей, синтезированных в работе

Учёные РХТУ им. Д.И. Менделеева смогли оптимизировать процесс сверхкритический сушки для получения аэрогелей, что позволяет без ухудшения качества материала заметно ускорить это действие, при этом снизить затраты сушильного агента, делая синтез аэрогелей более доступным. По данным учёных результаты исследования были опубликованы в журнале Drying Technology. Отметим, что аэрогели - это высокопористые структурированные материалы, внутри которых находятся так называемые пустоты с газом. При очень низкой плотности и теплопроводности имеют высокую твёрдость и прозрачность, благодаря чему аэрогели могут использовать для теплоизоляции и других задач. Одним из важнейших этапов в получении аэрогелей - это сверхкритическая сушка. Но как утверждают в РХТУ, это очень дорогостоящий процесс, который не позволяет в полной мере воспользоваться материалами. 

Оцифровка архивов и библиотек!  

HTTPS://it-scan.ru/

Обычный гель - это трехмерный сетчатый каркас с большим количеством пор, заполненных жидкостью. Отличие аэрогелей от обычных в том, что жидкая фаза в них полностью замещена газообразной. У них маленькая плотность и одновременно высокая твердость, прозрачность, жаропрочность, а также чрезвычайно низкая теплопроводность. Поэтому аэрогели используют для изготовления теплоизоляционных материалов, в различных медицинских целях и даже в космосе - из них делают ловушки для космической пыли, способные захватывать самые мелкие частицы. Получение аэрогелей происходит в несколько этапов: сначала из базовых химических компонентов делают растворы-прекурсоры, затем из них получают обычные гели, а после этого гели сушат, во время чего жидкость, заполняющая поры, замещается газом. О том, как происходил процесс получения аэрогелей путем сверхкритический сушки, "Научной России" рассказал Павел Цыганков, научный сотрудник международного учебно-научного центра трансфера фармацевтических и биотехнологий РХТУ им. Д.И. Менделеева. "Сверхкритическая сушка - основной этап получения аэрогелей. Только данный процесс позволяет получать высокопористую структуру без разрушения. Чаще всего сверхкритическая сушка проводится в среде сверхкритического диоксида  углерода. В аппарат высокого давления помещаются гели (внутри пор содержится растворитель хорошо смешивающийся с сверхкритическим СО2). Аппарат герметизируется. В аппарат подается СО2 и повышается температура. Далее в течение времени процесса проходят стадии вытеснения растворителя из свободного объема аппарата и замещение растворителя в порах геля на сверхкритический СО2. По завершении процесса давление сбрасывается, сверхкритический СО2 переходит в газовую фазу и получают аэрогель", - говорит учёный. 

Аэрогель на основе диоксида кремния

По словам Павла Цыганкова, процесс сверхкритический сушки имеет свои тонкости, которые необходимо было учесть в исследовании. "Свойства сверхкритического флюида сильно зависят от параметров процесса (температура, давление). Кроме того, остаточное содержание органического растворителя оказывает критическое влияние на свойства аэрогелей (удельная площадь поверхности, объем пор, пористость). Таким образом, при проведении процесса сушки важно подобрать оптимальное время, т.к. с одной стороны остаточное влагосодержание ухудшает свойства конечного материала (при недостаточном времени сушки), а с другой стороны увеличение продолжительности процесса приводит к увеличению стоимость процесса", - утверждает Павел Цыганков. 

БИБЛИОТЕКА «МОЛОДОЙ СПЕЦИАЛИСТ»  

HTTPS://MSRABOTA.RU/BIBLIOTEKA

Обычная сушка при атмосферном давлении и повышенных температурах, для этих целей не подходит: она разрушает структуру исходного геля и в результате аэрогель из него не получить. Вместо этого учёные проводят сверхкритическую сушку, в которой используют сверхкритические жидкости - так называют состояние вещества при давлении и температуре выше критических, когда исчезает разница между газовой и жидкой фазой.

"Результаты позволяют значительно сократить время процесса сверхкритической сушки. Безусловно, работы в данном направлении будут продолжены, но уже сейчас полученные данные могут быть использованы на промышленном уровне", - добавил Павел Цыганков. 

В результате ученые установили, что за счет изменения параметров сверхкритической сушки расход углекислого газа можно уменьшить на 63.4%, а суммарное время процесса - примерно на 50%. При этом качество получаемого продукта остаётся практически неизменным и полученные кремнеземные аэрогели имеют развитую удельную поверхность (примерно 850 м/г) и высокую пористость (около 95%). Таким образом, российские химики нашли способ оптимизации процесса сверхкритической сушки, который составляет существенную часть затрат на производстве аэрогелей. 

Изображения предоставлены РХТУ им. Д.И. Менделеева.

Поделиться: