真空冷凍干燥方法制備納米粉原理
發布時間:2019-05-07 19:15:58 | 人感興趣 | 評分:3 | 收藏:
利用真空冷凍干燥技術制備工業材料納米級超細微粉材料時,根據造粒過程的不同,又可分為噴霧法和沉淀法兩種具體方式。
噴霧冷凍干燥法(spray freeze drying)的基本原理是:s*先制得具有所期望微粉準確成分的溶液,然后利用噴霧器依靠適當的氣流將其噴吹霧化,霧化后的微小液滴直接進入干冰、液氮等低溫物質中,被急凍成固體溶液小顆粒,過濾收集這些小微粒,置于托盤之中并保持低溫狀態,再將這些小顆粒進行真空冷凍干燥,使溶劑升華,溶質析出,從而獲得成品微粉。噴霧冷凍干燥法的造粒過程屬于物理破碎法,能夠制得化學成分準確、均勻的微粉,避免偏析現象的發生,特別適合復合氧化物、混合物成分粉體的制備;所制微粉的粒徑大小和分布,直接取決于溶液霧化的效果;經過特殊工藝處理后,可得到孔隙多、比表面積大的粉體,尤其適合作為催化劑、超輕絕熱材料。
沉淀法制粉的造粒過程屬于化學造粒法,通常是與配液過程同時進行。在混合原料溶液發生化學反應的同時,產物也同步開始結晶、成核、長大成粉體顆粒,并形成溶液、溶膠、凝膠或濁液。微粉粒徑的大小和分布,由反應進程所控制。將微粉前驅體如沉淀物、凝膠或溶液直接置于淺托盤中進行真空冷凍干燥,使溶劑成分升華,直接成為干粉體。這種方法適用面廣,具有產量大、成本低、粉體顆粒細小、形狀規則等特點,目前廣泛用于生產具有特殊光、電、磁、熱等性能的納米功能材料。
大量文獻表明,采用真空冷凍干燥法制備納米粉體,具有硬團聚少、分散性好、化學純度高、化學活性好、粉體燒結活性高、可降低燒結溫度、縮短燒結時間、可制得高密度塊體陶瓷等優點。
真空冷凍干燥法所制粉體分散性好的原因在于:常規的干燥方法是直接將溶液中的溶劑蒸發除去,即液態→氣態的過程。溶劑蒸發的后期,溶劑在顆粒之間構成“液橋”,氣液界面上的巨大表面張力,使兩顆粒相互吸引。當干燥進行至“液橋”消失時、會產生一個巨大的壓縮力,而把兩顆粒緊緊壓縮在一起,使粉體間產生硬團聚。而冷凍干燥法是先將溶液冷凍成固態,再讓溶液中的溶劑直接升華除去,即液態一固態一氣態的過程。在凍干過程中,顆粒之間的“液橋”已被凍成“固橋”,兩顆粒間的相對位置已經被固定下來,并且兩顆粒之間不存在氣液界面的表面張力。隨著溶劑的不斷升華,“固橋”不斷減少,但兩顆粒之間的相對位置已不再發生變化,直至“固橋”完全消失。因此冷凍干燥不會造成硬團聚,可制得分散性好、純凈度高的粉體。
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