纳米材料干燥技术的研究和发展

GM专家纳米材料干燥技术的研宄和发展大连理工大学化工学院干燥研宄室王宝和绍了纳米材料的干燥特点，简要评述了目前纳米材料研宄或生产过程中所采用的一些干燥方法，评价了纳米材料干燥技术的研宄现状，并指出了未来的研宄和发展方向。
一、弓1言纳米材料是指三维空间尺寸至少有一维处于纳米尺度范围（1100nm）或由它们作为基本单元构成的材料，即指晶粒和晶界等显微结构均达到纳米级尺度水平，并显示出与原子和块材具有不同特性的材料，包括：①零维纳米材料：原子团簇、纳米颗粒；②一维纳米材料：纳米管、纳米棒、纳米丝（纳米线或纳米晶须）③二维纳米材料：纳米带、纳米薄膜或多层膜；④三维纳米材料基于上述低维材料所构成的致密或非致密固体。
纳米材料具表面效应、体积效应、量子效应、宏观量子隧道效应等，具有许多与原子和块材不同的、奇特的物理和化学性质，在光、电、声、磁和催化等领域将展示出广阔的应用前景。
如果按反应物状态来划分，纳米材料的制备可分为固相法、液相法和气相法三大类。液相法是目前。关于这些干燥方法，己经作了详尽的综述，这里只进行简要的归纳和补充。
工业媒体GM专家表1纳米材料干燥方法纳米材料干燥类型干燥方法或改性措施研宄（或生产）所用的纳米材料①资料来源烘箱干燥目前纳米材料的。直接干燥法虽然操作简单、生产成本低、设备投资少，但一般很难得到高质量的纳米材料产品。由于水的临界温度高达375*C，临界压力达22MPa，而且在超临界状态下水凝胶容易出现溶解问题，所以，水凝胶一般不适于直接超临界干燥。
2.溶剂置换干燥法所谓溶剂置换干燥法是将液相法制备得到的产物中的溶剂水（包括水洗过滤处理后的水和/或有机溶剂）在干燥前进行有机溶剂（包括液体或超临界C02）置换处理，再采用适当的干燥方法而获得纳米材料产品的一种操作方法。
在采用湿化学法制备纳米粉体时，需要在干燥前的过滤等预处理过程中，用水进行多次洗涤，将液相中残留的各种杂质离子尽可能除掉，但在水洗后的干燥过程中，不可避免会引起粉体颗粒间的团聚。用表面张力比水低的有机溶剂取代残留在颗粒间的水，可以获得分散性较好的纳米粉体。对于凝胶的溶剂置换，往往是后续干燥过程所要求的。溶剂置换的方法通常有以下4种：（1）有机溶剂洗涤用有机溶剂对沉淀物（或凝胶）进行多次的浸泡、洗涤、过滤（对于凝胶的制备，一般没有过滤这一步骤），尽大可能地除去其中的水分，以免在干燥过程中引起粉体颗粒间的团聚。常用的有机溶剂有：甲醇、乙醇、丁醇、叔丁醇、丙酮、己烷、硅油等。（下转第72页）产业与市场通机行业的专家读本上接第13页））共沸蒸馏把制成的纳米粉体悬浮液，用水洗尽其中的无机杂质后，再加入到与水部分互溶或不互溶）而沸点比水高的有机溶剂中，在搅拌下进行共沸蒸馏，使水分与有机溶剂以低共沸物的形式大限度地被脱除。共沸蒸馏所用的溶剂有：正丁醇、异戊醇、异丙醇、丙醇、乙二醇、乙醇、苯、甲苯等，常用的是正丁醇。
解性很小，所以在进行超临界co2干燥前，需要用有机溶剂置换凝胶中的水得到有机溶剂凝胶，再用液体C02置换其中的有机溶剂。
很小，液体C0扩散到凝胶孔洞中需要较长的时间，因此，液体C02置换操作耗时很长。如果把溶剂置换过程所用的液体C0变成超临界C0流体，就是超临界C02萃取有机溶剂）置换。
在纳米材料的制备过程中，采用溶剂置换干燥法也有很多种，如表1所示。
虽然超临界C0干燥得到的气凝胶或纳米粉体材料的质量比较高，但超临界C0干燥所需的时间比较长，对设备要求比较高，使其产品的价格也比较昂贵。要实现凝胶或纳米粉体）的亚超临界干燥或常压干燥，就必须先对制备的纳米材料采取一些改性措施2，6，12，13：改善凝胶孔洞的均匀性由于有机金属化合物直接水解和缩合得到的凝胶网络结构一般不可能非常均匀，这就造成凝胶内部孔道有粗有细，由式1）可知，细孔道内的毛细管压力要大于粗孔道的，这样，在同一块凝胶内部应力的不均衡往往会造成凝胶干燥过程中的开裂或破碎。适当增加凝胶的孔径可以减小毛细管压力；同时凝胶孔径的增加还可以使渗透率增加，从而减小了干燥应力。甲酰胺的加入，使凝胶的孔径增大，而且分布均匀，从而大大降低了干燥的不均匀应力，也减小了毛细管压力。
改变溶剂混合物的挥发顺序如果凝胶孔洞内的溶剂是乙醇或甲醇等）和水的混合物，由于乙醇比水易挥发，干燥过程中乙醇先挥发，到干燥后期在凝胶孔洞内剩下大量的水。如果干燥前在体系中加入低挥发度、低表面张力的表面活性剂如（N?二甲基甲酰胺）MF），则先挥发出去的就会是已醇和水等高挥发度物质，剩下的却是表面张力低的低挥发度物质DMF，从而使凝胶开裂的可能性减小。
表面改性处理由式1）可见，通过对纳米材料表面进行改性处理如水凝胶用三甲基氯硅烷，MCS）进行改性处理，可改变其表面的润湿性，使其润湿角接近于90.，从而使毛细管压力大大降低。）增强凝胶网络骨架强度为增加凝胶网络骨架的机械强度，可采取以下3种措施：①调变水解条件。通过水热处理和化学处理来调节凝胶的水解条件能加速凝胶合成过程中的缩聚反应，制得高交联度和高聚合度的缩聚物，从而使凝胶的网络强度增加。\"对凝胶进行陈化。陈化是凝胶粒子的溶解和再沉积过程，通过这一过程可使凝胶骨架的连通性增加，同时使凝胶变硬，强度增大。③添加控制干燥化学添加剂。常用的控制干燥化学添加剂DCCA）有甲酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、丙三醇、草酸等。DCCA的添加，一方面能抑制醇盐的水解而提高缩聚速率，从而生成强度更高的凝胶网络；另一方面，还能使凝胶孔径分布均匀，从而大大减少干燥的不均匀应力，缩短干燥时间。
四、纳米材料干燥技术的研究现状和未来发展方向综观国内外纳米材料干燥技术的研究发展现状2‘6，可以认为：纳米材料的干燥是液相法制备纳米材料过程中至关重要的一步。目前对纳米材料干燥技术的研究工作还比较少，实验研究基本都是间歇操作，干燥操作周期比较长，成本也比较高。因此，要加强对纳米材料的干燥理论和机理研究，开发出新型高效的纳米材料干燥设备。
直接干燥法虽然操作简单、生产成本低、设备投资少，但一般很难得到高质量的纳米材料产品。
溶剂置换应该是液相法制备纳米材料干燥过程中一个不可缺少的环节，共沸蒸馏是一种很有发展前景的溶剂置换方法。
MT工业媒体产业与市场4）对于目前所采用过的溶剂置换干燥方法，溶剂置换超临界干燥包括溶剂置换超临界有机溶剂干燥、溶剂置换超临界C02干燥、溶剂置换超临界co2萃取干燥）所得到的产品包括纳米粉体和气凝胶）质量好，其次是溶剂置换冷冻干燥和溶剂置换微波干燥。
）溶剂置换超临界干燥，溶剂置换超临界有机溶剂干燥的操作温度和操作压力比较高，干燥设备成本和操作费用高，安全性差；溶剂置换超临界C2干燥操作的液体C2置换过程时间很长；而溶剂置换超临界C2萃取干燥具有操作时间短、操作压力低、操作温度接近于室温等优点。
6）纳米材料的改性是实现低操作压力、低运行成本的纳米材料亚临界干燥或常压干燥操作的一种有效途径，具有开发价值。
特点，很有发展潜力。