[发明专利]一种用于制备气凝胶的溶剂置换和常压干燥的装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于制备气凝胶的溶剂置换和常压干燥的装置及方法，第一溶剂储罐和第二溶剂储罐通过溶剂输送管分别与所述的置换干燥器连接；所述的置换干燥器包括壳体、带孔容器和带孔支架，所述的带孔支架固定安装于壳体中，所述的带孔容器与带孔支架采用可拆卸式连接，所述壳体内设置有用于加热溶剂的加热器，壳体的壁上设置有超声波发生器，所述溶剂输送管连接至所述壳体，所述壳体通过溶剂排出管与所述的溶剂回收罐连接，所述溶剂回收罐通过分离器进料管与所述分离器连接，分离器通过溶剂回收管分别连接至所述的第一溶剂储罐和第二溶剂储罐。本发明的装置及方法，能够实现气凝胶生产过程中的溶剂置换和常压干燥，生产效率高，回收利用率高。

技术领域

本发明属于气凝胶材料制备技术领域，具体涉及一种用于制备气凝胶的溶剂置换和常压干燥的装置及方法。

背景技术

二氧化硅(SiO₂)气凝胶由SiO₂网络骨架和填充在纳米孔隙中的气体构成，具有极低密度、高孔隙率、大比表面积、高透光率等优良的特性，被列入21世纪十大新材料之一，能广泛的应用于隔热保温、防火、隔音、红外吸收、催化剂载体等领域。

SiO₂气凝胶的制备过程一般采用溶胶-凝胶法，该方法的难点在于如何在保证SiO₂网络骨架不出现坍塌和破裂的条件下，去除凝胶内部的水和溶剂。SiO₂气凝胶的干燥一般分为超临界干燥法、减压干燥法、冷冻干燥法和常压干燥法。其中超临界干燥法是制备SiO₂气凝胶最早采用的方法，通过该方法制备出来的SiO₂气凝胶性能优越、纯度高，但生产成本较高，安全性较差。减压干燥法的设备投资成本相对较低，生产效率较高，但所制备的气凝胶产品易出现坍塌和开裂现象。冷冻干燥法能够制备出性能较好的气凝胶，但此方法难控制、制备周期长、设备成本和能耗均较高，因此，此方法很难被大范围推广应用。常压干燥法制备出的SiO₂气凝胶性能较好，设备投资成本低，工艺相对简单，但溶剂耗费量巨大，制备周期较长。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有的气凝胶生产过程中存在问题，提供一种用于制备气凝胶的溶剂置换和常压干燥的装置及方法，工艺简单，操作便利，能有效将溶剂置换和常压干燥过程中的溶剂回收利用，所制备的气凝胶产品稳定性提高，易实现大规模工业化生产。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于制备气凝胶的溶剂置换和常压干燥的装置，包括第一溶剂储罐、第二溶剂储罐、置换干燥器、溶剂回收罐和分离器，所述的第一溶剂储罐和所述的第二溶剂储罐通过溶剂输送管分别与所述的置换干燥器连接；

所述的置换干燥器包括壳体、带孔容器和带孔支架，所述的带孔支架固定安装于壳体中，所述的带孔容器与带孔支架采用可拆卸式连接，所述壳体内设置有用于加热溶剂的加热器，壳体的壁上设置有超声波发生器，所述溶剂输送管连接至所述壳体，所述壳体通过溶剂排出管与所述的溶剂回收罐连接，所述溶剂回收罐通过分离器进料管与所述分离器连接，分离器通过溶剂回收管分别连接至所述的第一溶剂储罐和第二溶剂储罐；所述的壳体还通过溶剂挥发管连接至所述的第一溶剂储罐或所述的第二溶剂储罐；所述的溶剂排出管还配置有过滤器。

进一步地，所述的第一溶剂储罐、第二溶剂储罐、置换干燥器、溶剂回收罐和分离器均设置有若干个。

进一步地，所述的带孔容器和带孔支架上均设置有能够相互卡接连接的卡片结构或卡槽结构。

进一步地，所述的带孔容器为单层结构、双层结构或多层结构。

进一步地，所述的带孔容器为半球形、圆柱形、正方体形或长方体形。

进一步地，所述的壳体上部设置有入口部，所述的入口部设置有与溶剂输送管连接的引流管，引流管的出口端位于壳体底部。