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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(shí)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(shí)現(xiàn)批量制備氣凝膠技術(shù)，已經(jīng)較為成熟，也是目前國(guó)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(guò)壓力和溫度的控制，使溶劑在干燥過(guò)程中達(dá)到其本身的臨界點(diǎn)，形成一種超臨界流體，處于超臨界狀態(tài)的溶劑無(wú)明顯表面張力，從而可以實(shí)現(xiàn)凝膠在干燥過(guò)程中保持完好骨架結(jié)構(gòu)。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)批產(chǎn)技術(shù)一般采用二氧化碳作為干燥介質(zhì)，簡(jiǎn)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(duì)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(shí)采用低表面張力液體置換凝膠原來(lái)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(guó)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(duì)兩種技術(shù)路線做簡(jiǎn)要的分析對(duì)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(yùn)行和維護(hù)成本也較高，目前國(guó)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(jià)能力較弱。常壓干燥技術(shù)采用常規(guī)的常壓設(shè)備，相對(duì)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(jiǎn)單，因?yàn)榇蟛糠只ぴO(shè)備單位都能加工制造，業(yè)主議價(jià)能力較強(qiáng)。

 

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(jī)硅。有機(jī)硅價(jià)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(guó)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(jī)硅源。水玻璃價(jià)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(méi)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(guò)還沒(méi)有量產(chǎn)的報(bào)道。

 

技術(shù)門(mén)檻：相對(duì)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(duì)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(mén)檻相對(duì)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(mén)檻較低，但是技術(shù)門(mén)檻卻較高，對(duì)配方的設(shè)計(jì)和流程組合優(yōu)化有較高要求，如果技術(shù)不過(guò)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(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，固定資產(chǎn)投入是巨大的，氣凝膠未來(lái)如果要迎接建筑保溫的巨大市場(chǎng)，比如達(dá)到年產(chǎn)50萬(wàn)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(qiáng)。而常壓干燥技術(shù)，隨著規(guī)模擴(kuò)大，投入產(chǎn)出比會(huì)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(lái)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(guò)優(yōu)化系統(tǒng)提高生產(chǎn)效率，而常壓干燥對(duì)廉價(jià)硅源有較強(qiáng)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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