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：①臨界溫度低，可在常溫下操作，加之化學惰性，可有效地防止熱敏性成分和化學不穩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，擴散系數為液體的10～100倍，因此對許多物質有較好的滲透性和較強的溶解能力；③無毒，無溶劑殘留，完全符合國家衛生標準；④價廉易得，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，富通新能源生產銷售木屑氣流式烘干機、木屑顆粒機等生物質成型機械設備。
目前超臨界干燥技術( SCD)主要可以分為超臨界有機溶劑干燥( 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”也被科學家們用在用超臨界流體幫助水溶液噴霧干燥的時候。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精細的顆粒，但是這項技術并不適合多孔顆粒，因為當用超臨界二氧化碳霧化溶液到常壓狀態時，蒸發占主導。本文中應用的超臨界技術屬于超臨界氣體干燥(SCGD)。
氣凝膠呈納米結構，是一種多功能材料，具有高比表面積、低密度、低介電常數和優良的隔熱特性。這些性質使氣凝膠得到了廣泛的應用，例如，其可加入涂料中使涂料達到良好的消光效果；也可作為人工合成橡膠的補強劑，大大提高了橡膠的機械強度和抗老化能力；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用。Si02氣凝膠是一種新型輕質納米多孔材料，孔隙率高達80.0%～99.8%，孔道尺寸為1～100 nm，比表面積高達200～1000m2/g，密度最低可達3 kg/mz，在熱學、光學、電學及聲學上具有很多特殊性質，在航空航天、化工及石油運輸等眾多領域中有十分廣泛的應用前景。二氧化硅氣凝膠整體也曾經被廣泛地應用于高能物理學，如切倫科夫輻射探測器。Dorcheh等提出了關于二氧化硅氣凝膠的合成、性質和特性的研究，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更加商業化更經濟）。
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構，使其在干燥納米結構材料、食品、復合藥劑等方面的應用前景吸引了越來越多的注意。然而，大部分潛在應用甚至是二氧化硅氣凝膠領域還沒有被開發。
造成這種情況的原因之一就是它的高壓、某些時候的高溫和相對較低的生產壓力及其所帶來的對設備的高要求。因此，提出一種干燥多孔材料連續操作的超臨界干燥工藝還是值得高度期待的。
2、實 驗
2.1無泵自循環干燥烘干機簡介
本設備的目的在于提供一種無泵驅動、利用亞臨界流體進行自循環干燥并在干燥最后階段達到超臨界狀態的干燥烘干機。
本設備設有干燥釜、虹吸管、加熱釜和冷凝器；干燥釜外接壓力流體源，虹吸管設于干燥釜與加熱釜之間，加熱釜設有加熱裝置，下設有排溶劑口，冷凝器的出口與干燥釜之間設有回流管和控制閥門，干燥釜上設有液位視窗，如圖1所示。
無泵自循環流程主要是通過設備中的虹吸管實現，當外接的具有一定壓力的液態二氧化碳流入干燥釜的液面高度高于虹吸管時，就會自動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二氧化碳加熱成氣態，再經過冷凝器被冷凝下來，回到干燥釜，至此，完成一個循環過程。整個過程無需泵等輸送設備，減少了成本和能量消耗，同時也節約了空間，方便了操作，具有開發小型設備的明顯優勢。
2.2 實驗方法
本設備的流程圖如圖1所示，具體的操作步驟如下。
(1)啟動裝置 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。設計和控制好加熱釜R102的溫度。
(2)吹掃 確認正常后，用氮氣（或二氧化碳）吹掃系統，關閉所有閥門。
(3)充入液態二氧化碳進行干燥 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，當達到所需的液位后關閉V1。干燥時：充入較多的液體二氧化碳，保障在循環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。
(4)干燥結束停止干燥時關閉閥門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達到較高液面后，關閉閥門V4，停止加熱釜R102的加熱和冷凝器R103的冷凝，之后對干燥釜進行氣浴加熱。觀察干燥釜內汽液界面消失時，打開V2放氣卸壓。待壓力表表壓為零并靜置一定時間后，打開洗滌釜，取出二氧化硅。
2.3結果與討論
實驗條件為：干燥溫度36℃，干燥壓力6～8MPa；凝膠用量為5 mL。
實驗過程為：將原廠生產的凝膠用無水乙醇稀釋成一定體積可以流動的凝膠混合物，每次實驗都取其中的凝膠用來干燥（這樣保證了每次干燥時，被干燥的凝膠都含有相同水分和助溶劑乙醇）。實驗前，先將原溶液攪拌0.5 h，防止上下分層濃度的差異帶來實驗誤差，然后用量筒取出5 mL凝膠，放入用不銹鋼篩網縫制的袋子里，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量不再變化后，稱量得固體0.3232 g，取其中0.3185 g經振實儀振實后體積為2.40 mL，得出堆密度為0. 1327 glmL。實驗結果如表1所示。
將烘干后樣品先稱量一定質量，然后用振實儀振實后量體積，最后得堆密度如表2所示。
由表2看出，隨著干燥時間的增加，堆密度有逐漸降低的趨勢，并趨于穩定。說明干燥的二氧化硅顆粒的結構趨于均勻。
與直接烘干后得到的質量和堆密度比較，可以推測，直接干燥時，會使二氧化硅隨水分流失，造成保存質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大于亞臨界干燥，說明直接干燥對結構破壞較大，應用本設備干燥對物質結構的維持較好。
3、結論
進行了設備的設計、制造、搭建及調試與優化，本研究基本達到了最初的目標：①研制了一臺小型、無泵自循環的干洗／干燥烘干機；②設備可方便地進行干燥得到多孔材料（可用于催化劑和催化劑載體的制備）。
