Los científicos de la RCTU han optimizado el proceso de secado supercrítico para la producción de aerogeles. Se utilizan para la fabricación de materiales de aislamiento térmico, para diversos fines médicos, e incluso en el espacio; se utilizan para hacer trampas para el polvo cósmico, capaces de capturar las partículas más pequeñas.
Los aerogeles son materiales estructurados altamente porosos, cuyos huecos internos están llenos de gas. Tienen una densidad y conductividad térmica muy bajas, así como una gran dureza y transparencia a la vez, por lo que los aerogeles se utilizan para el aislamiento térmico y otras tareas. Sin embargo, uno de los pasos clave en la producción de aerogeles, el secado supercrítico, es muy costoso, lo que limita el uso de estos materiales.
En un nuevo trabajo, científicos de la Universidad de Tecnología Química de Mendeleev de Rusia han demostrado que al optimizar las condiciones tecnológicas para el secado supercrítico, es posible, sin deteriorar la calidad del material, acelerar significativamente este proceso y reducir los costos del agente secante, que hace más accesible la síntesis de aerogeles. Los resultados del trabajo se publicaron en la revista Drying Technology.
Un gel normal es una estructura de malla tridimensional con una gran cantidad de poros llenos de líquido. Los aerogeles se diferencian de los geles convencionales en que la fase líquida en ellos se reemplaza completamente por la fase gaseosa. Tienen baja densidad y, al mismo tiempo, alta dureza, transparencia, resistencia al calor, así como una conductividad térmica extremadamente baja.
Por lo tanto, los aerogeles se utilizan para fabricar materiales de aislamiento térmico, para diversos fines médicos, e incluso en el espacio; se utilizan para hacer trampas para el polvo cósmico que puede capturar las partículas más pequeñas. Los aerogeles se obtienen en varias etapas: primero, las soluciones precursoras se hacen a partir de componentes químicos básicos, luego se obtienen geles ordinarios y luego se secan los geles, durante los cuales el líquido que llena los poros se reemplaza por un gas.
El secado convencional a presión atmosférica y temperaturas elevadas no es adecuado para estos fines: destruye la estructura del gel inicial y, como resultado, es imposible obtener un aerogel de él. En cambio, se lleva a cabo un secado supercrítico, en el que se utilizan fluidos supercríticos; este es el nombre del estado de una sustancia a presiones y temperaturas superiores a las críticas, cuando la diferencia entre las fases gaseosa y líquida desaparece (por ejemplo, el agua ordinaria se vuelve supercrítica líquido a temperaturas y presiones superiores a 647 K y 218 bar, respectivamente).
El secado supercrítico más común en un entorno de CO2 (parámetros críticos: 303, 9 K, 73 bar). Durante dicho secado, el fluido supercrítico desplaza gradualmente el disolvente de los poros, y luego la presión en el reactor disminuye y el fluido supercrítico pasa a la fase gaseosa, por lo que finalmente se obtiene un aerogel con un sistema de poros intacto del gel.
Sin embargo, el secado supercrítico es muy caro, lo que limita el uso de aerogeles y materiales basados en ellos. Por lo tanto, los científicos están buscando formas de optimizar este proceso. “Muchos grupos científicos están comprometidos en la intensificación del proceso de secado supercrítico”, dice uno de los autores del trabajo, un empleado de la RCTU, Pavel Tsygankov. “En nuestro trabajo, nos centramos en la influencia de los parámetros del proceso - temperatura, consumo del secante supercrítico y modo de suministro, sobre las características clave del proceso de secado - su duración y consumo total del secante”.
Los investigadores estudiaron el proceso de secado supercrítico utilizando el ejemplo de un aerogel clásico basado en dióxido de silicio. Se usó isopropanol como disolvente inicial y se usó dióxido de carbono supercrítico como agente de secado. Todos los experimentos se llevaron a cabo en un aparato de alta presión. Los científicos variaron los principales parámetros del proceso, intentando, por un lado, acelerarlo y reducir el consumo del agente secante, y por otro, no degradar la calidad del producto, valorada por el contenido de disolvente residual en su interior. el aerogel.
Como resultado, los científicos han descubierto que al cambiar los parámetros del secado supercrítico, el consumo de dióxido de carbono se puede reducir en un 63,4 por ciento y el tiempo total del proceso en aproximadamente un 50 por ciento. Al mismo tiempo, la calidad del producto resultante permanece prácticamente sin cambios y los aerogeles de sílice resultantes tienen una superficie específica desarrollada (aproximadamente 850 m / g) y una alta porosidad (aproximadamente 95 por ciento). Por lo tanto, los químicos rusos han encontrado una manera de optimizar el proceso de secado supercrítico, que es una parte importante del costo de producción de aerogeles.