美国SP Scientific Virtis冻干机在材料制备领域的应用

冷冻干燥技术在材料制备领域的应用 应用背景： 冷冻干燥技术最初应用于生物医药制品和食品的储存、运输和保鲜，其在材料制备领域，尤其是在金属氧化物和陶瓷领域的应用研究开展的较晚。20世纪60年代，科学家首先利用该方法制备了粒度为1 nm 的WC超微粉，后被用来制备金属及陶瓷超微粉末，其基本的制备过程就是将预干燥的溶液喷雾冷冻，然后在低温低压下真空干燥，将溶剂直接升华出去，再将所得的冻干前驱体在一定温度下热分解/还原得到最终产物。 传统的干燥方法是直接将溶液中的溶剂蒸发除去，即液态→气态的过程。随着溶剂的蒸发，溶液因浓缩而析出颗粒，溶剂在颗粒之间构成“液桥”，气液界面上巨大的表面张力使两颗粒相互吸引。当干燥进行至“液桥”消失时，会产生一个巨大的压缩力，把两颗粒紧紧压缩在一起，从而形成颗粒间的硬团聚，不能得到有原生粒子组成的粉末。 而冷冻干燥首先让溶液温度快速冷却下来，然后提供一定的热量，使溶剂直接升华除去，，即液态→固态→气态的过程。在冻干过程中，颗粒之间是由溶剂形成的“固桥”，颗粒间的相对位置固定，并且颗粒间不存在气液界面的表面张力。随着溶剂的升华，“固桥”不断减少，但颗粒间的相对位置不再发生变化，直到“固桥”完全消失。由于这个过程没有液相出现，因此冷冻干燥可有效地抑制硬团聚的产生，不会引起一次粒子聚集，获得的粉体具有颗粒尺寸小且分布窄，形状规则、化学均为性好、团聚少等优点，是一种极具前景的超微粉体制备方法。 应用优势： 1、采用冷冻干燥技术制备的超微粉末，不仅能够有效防止粉末的一次粒子聚集，而且粉末比表面积大、反应活性高，在催化领域得到广泛的应用 2、冷冻干燥技术制备超微粉体一般采用可溶性盐作为初始原料，即利于喷雾冷冻，又容易获得分子尺寸上的均匀混合物 3、采用冷冻干燥技术可显著降低反应温度 4、冷冻干燥技术使物料在低温低压下脱水干燥，物料不易氧化变质，并且冻干前后物料的骨架基本保持不变，不会失去原有的固体结构 应用领域： 粉体制备(超细金属、合金粉末、精细陶瓷粉末、高聚物纳米颗粒)、薄膜材料制备、超导材料、高能电池、催化剂及介孔材料、定向多空陶瓷材料等 应用实例： 超细金属、合金粉末冻干： A. Landsberg等采用冷冻干燥技术制备了超细钨粉和钨-徕合金粉。将钨酸溶于蒸馏水，加入氨水后稍微加热，得到钨酸铵溶液。将溶液倒入装有液氮的玻璃浅盘中，溶液冻结后迅速放入商用冷冻干燥机中，低压下冻干后，冻干产物是白色松脆块状物，容易破碎为细粉。冻干前驱体在250℃~700℃下还原3h~6h，生成亚微米钴粉。用同样方法可制备含25%(摩尔)徕的 W-Re 合金粉末，作者指出还原初始阶段的低温可避免来的挥发，从而使合金粉末的成分分布更加均匀。 精细陶瓷粉末冻干： 刘继富等采用冷冻干燥技术制备了烧结性能良好的 c-ZrO，(10%MgO)超细粉末。粉末的煅烧温度为800℃，成型后试样经1600℃，2h烧成，相对体积密度达到了95%以上，且全部为立方相。赵惠忠等!以硝酸镁和硝酸铝为主要原料，氨水位沉淀剂，用均相混合物共沉淀法制得镁铝混合均匀的溶胶，再用真空冷冻干燥法在-50℃， 13.3pa 的真空度下制的MgAl203的前驱体粉末。经1000℃热处理 2h 后，前驱体粉末全部转变为粒径为 50 nm 左右的纳米尖晶石，比传统制备的镁铝尖晶石的温度低500-600℃。 高聚物纳米颗粒冻干： Lifeng Qi 等将壳聚糖溶于稀醋酸，用 NaOH 溶液调节 PH值至4.6~4.8，磁力搅拌的情况下加入三聚磷酸盐溶液，将析出的壳聚糖纳米颗粒滤出并用蒸馏水洗涤，然后冷冻干燥。用这种方法制备的壳聚糖纳米颗粒具有结晶度低、比表面积大、活性高的特点，对重金属离子具有较强的吸附性能。 薄膜冻干制备： 冷冻干燥技术可实现薄膜基体的修饰，以及 Pt、 Pd 等金属颗粒在薄膜基体中的均匀负 载。Mar-cello Murru 等制备 Pd and Pt/SiO-Al2Os薄膜时，先将商用AI20薄膜基体在 SiO 悬浮液中浸渍，然后在-50℃冻干机中干燥去除水分，850℃烧结两个小时(空气气氛)。反复进行上述浸渍-冻干-烧结过程，使Sio，颗粒均匀修饰到孔道中，以降低薄膜基体的渗透性。再将修饰后的基体分别在(NH3)4Pd(NO3)2溶液和 H，PtCI66Hz0溶液中浸渍，同样经过冻干-烧结过程，使 Pt、Pd 颗粒均匀负载到基体中。在整个制备过程中，多次使用冷冻干燥技术，这样可以在去除水分的同时，从而使 SiOz、Pt、Pd颗粒均匀的分布在薄膜基体中，而不会产生团聚。 ( 参 考 文 献： ) ( [1] Landsberg A ， Campbell TT. Freeze- dry technique for making ultra- fine metal powder.J ournal of Metal s ， 1965，8：85 6~ 8 60 ) ( [2] 刘富 富 ， 吴 厚政， 谈 家 琪.冷 冻干燥法 制备 MgO-Zr02，硅 酸盐 学 报， 1996， 24：10 5~ 108 ) [3]赵惠忠，葛山，张鑫.共沉淀-真空冷冻干燥法制备纳米MgAl20s粉体，耐火材料，2005，39：168~171 [4] Qi Lifeng， Xu Zirong . Lead sorption from aqueous solutions on chitosan nanoparticles. Colloids and Surfaces A ： Physicochem. Eng. Aspects， 2004，251：183~190 [5] Marcello Murru， Albertino Prabowo ， Asterios Gavriilidis. Prepa-ration and characterisation of Pd and Pt/SiO2-Al0：non-perms-elective membranes. Journal of Membrane Science， 2005，248：27~36 美国VirTis 冻干机： 美国 SP Scientific 公司旗下的 VirTis 公司是著名的冻干机的生产厂其，其成立于1953年，是世界上历史最悠久的冷冻干燥机制造商之一。 VirTis 产品包括：实验室系列冻干机，制备系列冻干机，药品研发型冻干机，中试生产型冻干机，小型生产型冻干机，产业型冻干机，通用型冻干机七大系列，19大类，近52个机型，能满足用户的任何需求。其中实验室系列冻干机是 VirTis 专为生物技术，生化，农业科研，医药和生命科学产业需求而设计。VirTis 旗下所有冻干产品均通过 ISO 9001：2000 质量管理体系认证，并且满足最严格的现行良好制造规范(cGMP)标准，并可提供所有相关验证文档。 VirTis AdVantageTM台式原位冻干机 兼具样品预冻和干燥功能，整个冻干过程无需转移样品 世界上唯一一款既可以做样品预冷/加热，又可以外挂冻干瓶；既可以做样品真空冷冻压盖封装，又可以真空冻干散装样品；并且还可以满足摸索冻干条件，制作冻干曲线的要求，冻干曲线还可以用于中试、生产等；实验结果符合cGMP 标准。 VirTis BenchTop ProTM台式岐管冻干机 紧凑设计，功能强大，性价比高 提供3L，8L，9L 冷阱大小高性能 PLC 控制系统-人性化的操作界面，提供的全彩触摸屏导航。 超低温冷凝温度选择-多种温度选择可处理各种样品(-55，-75，-85，和-105℃) Vritis 冻干机由德祥科技有限公司独家代理。 欢迎您的垂询。 德祥官网： www.tegent.com.cn Virtis 冻干机： http：//www.tegent.com.cn/products/t529/ 德祥热线：4008-822-822