含一定數(shù)量孔道的固體，也即多孔材料，是一種由相互貫通或封閉的孔道構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的材料。當(dāng)今多孔材料（含納米材料）已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于石油化工（典型的如催化劑及載體）、航空航天、醫(yī)藥、食品等行業(yè)。一般對于多孔材料的要求有：孔道發(fā)達(dá)、比表面積高、孔容高、分散好等特性，這些特性對于材料的干燥過程提出了嚴(yán)格的要求。常用的干燥技術(shù)，如常溫干燥、烘烤干燥等，在干燥過程中不可避免地造成物料團(tuán)聚，由此產(chǎn)生材料基礎(chǔ)粒子變粗，比表面積急劇下降以及孔隙大量減少等結(jié)果，這對于納米材料的獲得以及高比表面材料的制備極其不利。因此，避免物料在干燥過程中的收縮和碎裂，從而保持物料原有的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)，防止初級納米粒子的團(tuán)聚，對于各種納米材料的制備極具意義。目前這類干燥技術(shù)主要有超臨界流體干燥（高壓）、冷凍干燥（低壓）、特殊常壓干燥（如護(hù)孔劑下的減壓蒸餾）。相較而言，超臨界流體干燥在操作成本和保護(hù)孔道原始結(jié)構(gòu)方面顯示了較好的優(yōu)勢（雖然設(shè)備成本較高），是目前在保護(hù)材料孔道結(jié)構(gòu)的干燥技術(shù)中為人們看好的高新技術(shù)。
1、超臨界二氧化碳干燥
    簡而言之，超臨界干燥就是借助超臨界流體從固體材料或水性懸浮液中移除液體（一般是水）的過程。在超臨界干燥方面，二氧化碳有以下特點(diǎn)：①臨界溫度低，可在常溫下操作，加之化學(xué)惰性，可有效地防止熱敏性成分和化學(xué)不穩(wěn)定成分的氧化和分解；②由于具有和液體相近的密度，其黏度和氣體相近，擴(kuò)散系數(shù)為液體的10～100倍，因此對許多物質(zhì)有較好的滲透性和較強(qiáng)的溶解能力；③無毒，無溶劑殘留，完全符合國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；④價(jià)廉易得，不燃燒，使用安全。這使得二氧化碳能夠成為很好的干燥溶劑，富通新能源生產(chǎn)銷售木屑?xì)饬魇胶娓蓹C(jī)、木屑顆粒機(jī)等生物質(zhì)成型機(jī)械設(shè)備。
    目前超臨界干燥技術(shù)( SCD)主要可以分為超臨界有機(jī)溶劑干燥( SCOD)，超臨界氣體干燥（SCGD，這里二氧化碳是常溫常壓下處于氣態(tài)的代表性氣體），超臨界混合溶劑干燥（SCMD，主要是混合二氧化碳和有機(jī)溶劑），超臨界流體輔助霧化干燥( SASD)，超臨界氣體萃取干燥（SCGED，應(yīng)用超臨界二氧化碳在有或者無助溶劑的情況下萃取水分）等。“超臨界干燥”也被科學(xué)家們用在用超臨界流體幫助水溶液噴霧干燥的時(shí)候。其中超臨界流體輔助霧化干燥(SASD)作為一種特殊的超臨界干燥，是通過干燥水溶液生產(chǎn)精細(xì)的顆粒，但是這項(xiàng)技術(shù)并不適合多孔顆粒，因?yàn)楫?dāng)用超臨界二氧化碳霧化溶液到常壓狀態(tài)時(shí)，蒸發(fā)占主導(dǎo)。本文中應(yīng)用的超臨界技術(shù)屬于超臨界氣體干燥(SCGD)。
    氣凝膠呈納米結(jié)構(gòu)，是一種多功能材料，具有高比表面積、低密度、低介電常數(shù)和優(yōu)良的隔熱特性。這些性質(zhì)使氣凝膠得到了廣泛的應(yīng)用，例如，其可加入涂料中使涂料達(dá)到良好的消光效果；也可作為人工合成橡膠的補(bǔ)強(qiáng)劑，大大提高了橡膠的機(jī)械強(qiáng)度和抗老化能力；其在催化載體．絕熱、隔音屏和超高電容器等方面也有廣泛的應(yīng)用。Si02氣凝膠是一種新型輕質(zhì)納米多孔材料，孔隙率高達(dá)80.0%～99.8%，孔道尺寸為1～100 nm，比表面積高達(dá)200～1000m2/g，密度最低可達(dá)3 kg/mz，在熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)及聲學(xué)上具有很多特殊性質(zhì)，在航空航天、化工及石油運(yùn)輸?shù)缺姸囝I(lǐng)域中有十分廣泛的應(yīng)用前景。二氧化硅氣凝膠整體也曾經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于高能物理學(xué)，如切倫科夫輻射探測器。Dorcheh等提出了關(guān)于二氧化硅氣凝膠的合成、性質(zhì)和特性的研究，并將注意力投向了干燥（可以使二氧化硅氣凝膠材料的生產(chǎn)更加商業(yè)化更經(jīng)濟(jì)）。
    在過去的20年里，超臨界干燥的非凡特性，例如保持材料的原始結(jié)構(gòu)，使其在干燥納米結(jié)構(gòu)材料、食品、復(fù)合藥劑等方面的應(yīng)用前景吸引了越來越多的注意。然而，大部分潛在應(yīng)用甚至是二氧化硅氣凝膠領(lǐng)域還沒有被開發(fā)。
    造成這種情況的原因之一就是它的高壓、某些時(shí)候的高溫和相對較低的生產(chǎn)壓力及其所帶來的對設(shè)備的高要求。因此，提出一種干燥多孔材料連續(xù)操作的超臨界干燥工藝還是值得高度期待的。
2、實(shí)  驗(yàn)
2.1無泵自循環(huán)干燥烘干機(jī)簡介
    本設(shè)備的目的在于提供一種無泵驅(qū)動(dòng)、利用亞臨界流體進(jìn)行自循環(huán)干燥并在干燥最后階段達(dá)到超臨界狀態(tài)的干燥烘干機(jī)。
    本設(shè)備設(shè)有干燥釜、虹吸管、加熱釜和冷凝器；干燥釜外接壓力流體源，虹吸管設(shè)于干燥釜與加熱釜之間，加熱釜設(shè)有加熱裝置，下設(shè)有排溶劑口，冷凝器的出口與干燥釜之間設(shè)有回流管和控制閥門，干燥釜上設(shè)有液位視窗，如圖1所示。
    無泵自循環(huán)流程主要是通過設(shè)備中的虹吸管實(shí)現(xiàn)，當(dāng)外接的具有一定壓力的液態(tài)二氧化碳流入干燥釜的液面高度高于虹吸管時(shí)，就會(huì)自動(dòng)從干燥釜中流入加熱釜，直至兩釜中液面持平，但加熱釜可以把液態(tài)二氧化碳加熱成氣態(tài)，再經(jīng)過冷凝器被冷凝下來，回到干燥釜，至此，完成一個(gè)循環(huán)過程。整個(gè)過程無需泵等輸送設(shè)備，減少了成本和能量消耗，同時(shí)也節(jié)約了空間，方便了操作，具有開發(fā)小型設(shè)備的明顯優(yōu)勢。
2.2  實(shí)驗(yàn)方法
    本設(shè)備的流程圖如圖1所示，具體的操作步驟如下。
    (1)啟動(dòng)裝置  打開干燥釜Rl01，裝入二氧化硅濕凝膠于干燥釜中，合上干燥釜蓋。操作前檢查氣密性，檢查加熱釜R102加熱保溫情況，檢查儀表顯示和控制情況。設(shè)計(jì)和控制好加熱釜R102的溫度。
    (2)吹掃  確認(rèn)正常后，用氮?dú)猓ɑ蚨�氧化碳）吹掃系統(tǒng)，關(guān)閉所有閥門。
(3)充入液態(tài)二氧化碳進(jìn)行干燥  打開高壓氣瓶閥門Vl往洗滌釜Rl01中充入液體二氧化碳，觀測視窗G，當(dāng)達(dá)到所需的液位后關(guān)閉V1。干燥時(shí)：充入較多的液體二氧化碳，保障在循環(huán)過程中被干燥的物料一直浸在其中。開啟V3和V4，在虹吸作用下，液體開始循環(huán)。
    (4)干燥結(jié)束停止干燥時(shí)關(guān)閉閥門V3，使加熱釜R102、冷凝器R103中殘余的二氧化碳盡量回流到洗滌釜中。觀察視窗G達(dá)到較高液面后，關(guān)閉閥門V4，停止加熱釜R102的加熱和冷凝器R103的冷凝，之后對干燥釜進(jìn)行氣浴加熱。觀察干燥釜內(nèi)汽液界面消失時(shí)，打開V2放氣卸壓。待壓力表表壓為零并靜置一定時(shí)間后，打開洗滌釜，取出二氧化硅。
2.3結(jié)果與討論
    實(shí)驗(yàn)條件為：干燥溫度36℃，干燥壓力6～8MPa；凝膠用量為5 mL。
    實(shí)驗(yàn)過程為：將原廠生產(chǎn)的凝膠用無水乙醇稀釋成一定體積可以流動(dòng)的凝膠混合物，每次實(shí)驗(yàn)都取其中的凝膠用來干燥（這樣保證了每次干燥時(shí)，被干燥的凝膠都含有相同水分和助溶劑乙醇）。實(shí)驗(yàn)前，先將原溶液攪拌0.5 h，防止上下分層濃度的差異帶來實(shí)驗(yàn)誤差，然后用量筒取出5 mL凝膠，放入用不銹鋼篩網(wǎng)縫制的袋子里，將袋子放入洗滌釜后，按照流程干燥。
    取5 mL相同凝膠，放入烘箱中干燥至質(zhì)量不再變化后，稱量得固體0.3232 g，取其中0.3185 g經(jīng)振實(shí)儀振實(shí)后體積為2.40 mL，得出堆密度為0. 1327 glmL。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。
    將烘干后樣品先稱量一定質(zhì)量，然后用振實(shí)儀振實(shí)后量體積，最后得堆密度如表2所示。
    由表2看出，隨著干燥時(shí)間的增加，堆密度有逐漸降低的趨勢，并趨于穩(wěn)定。說明干燥的二氧化硅顆粒的結(jié)構(gòu)趨于均勻。
    與直接烘干后得到的質(zhì)量和堆密度比較，可以推測，直接干燥時(shí)，會(huì)使二氧化硅隨水分流失，造成保存質(zhì)量少于用亞臨界干燥的普遍值。而且，直接干燥得到的對比度遠(yuǎn)大于亞臨界干燥，說明直接干燥對結(jié)構(gòu)破壞較大，應(yīng)用本設(shè)備干燥對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的維持較好。
3、結(jié)論
    進(jìn)行了設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、搭建及調(diào)試與優(yōu)化，本研究基本達(dá)到了最初的目標(biāo)：①研制了一臺小型、無泵自循環(huán)的干洗／干燥烘干機(jī)；②設(shè)備可方便地進(jìn)行干燥得到多孔材料（可用于催化劑和催化劑載體的制備）。