Có 2 phương thức sấy siêu tới hạn là: nhiệt độ cao (HTSCD) và nhiệt độ thấp (LTSCD)
Sấy siêu tới hạn nhiệt độ cao (HTSCD): [13, 32, 33]
Quá trình sấy diễn ra qua 3 bước:
Gel ướt cùng với một lượng dung môi vừa đủ (ví dụ: methanol) được đặt vào autoclave và bắt đầu gia nhiệt. Nhiệt độ tăng thì áp suất cũng tăng theo. Nhiệt độ và áp suất sau khi vượt qua điểm tới hạn của dung môi thì sẽ được giữ không đổi trong một khoảng thời gian nhất định.
Dung môi được từ từ lấy ra ở nhiệt độ không đổi, áp suất trong hệ giảm.
Đến khi đạt tới áp suất thường, autoclave được làm nguội tới nhiệt độ phòng.
Như vậy, quá trình sấy không đi qua ranh giới lỏng – khí, tránh được sự bay hơi của dung môi.
30
Trong quá trình sấy, dung môi có thể phản ứng với các nhóm -OH của gel, khiến cho gel tạo thành kị nước (ví dụ: CH3OH phản ứng với nhóm -OH tạo ra nhóm -OCH3).
Hạn chế của phương pháp này là cần phải gia nhiệt từ từ để tránh việc chất lỏng dãn nở quá nhanh, vượt qua khả năng chịu đựng của gel, dẫn tới việc nứt gãy.
Do đó, phương pháp này đòi hỏi thời gian sấy lâu, đồng thời, việc sử dụng các dung môi dễ cháy nổ ở nhiệt độ cao và áp suất cao cũng ti m ẩn nhi u nguy cơ.
Hình 1.14 Sơ đồ quy trình sấy HTSCD [33]
Một cải tiến khác của phương pháp này là Trích ly nhanh siêu tới hạn (Rapid supercritical extraction - RSCE) [34 – 36]. Trong phương pháp này, ti n chất và xúc tác được đổ vào một khuôn cứng và được gia nhiệt nhanh để thúc đẩy quá trình polymer hóa. Áp suất được tạo ra nhờ vào việc khóa chặt khuôn lại hoặc nhờ vào áp suất thủy tĩnh bên ngoài hoặc cả hai. Khi đạt tới điểm tới hạn, dung môi sẽ thoát ra ngoài nhờ vào khe hở của khuôn hoặc qua một van xả áp. Ưu điểm của phương
31
pháp này là nhờ vào khuôn cứng nên sự biến dạng của gel khi lỏng giãn nở ở nhiệt độ cao là không có. Đồng thời, nhờ có nhiệt độ cao nên quá trình phản ứng diễn ra rất nhanh và tất cả các quá trình diễn ra trong một bước, không cần phải trải qua nhi u bước, tiết kiệm được rất nhi u thời gian (dưới 1 giờ, so với 30 giờ của HTSCD).
Hình 1.15 Sơ đồ qui trình RSCE [37]
Sấy siêu tới hạn nhiệt độ thấp (LTSCD): [32, 38, 23]
Phương pháp này dựa trên nguyên lý là thay thế pha lỏng trong gel bằng một lưu chất khác có nhiệt độ tới hạn gần nhiệt độ thường và CO2 lỏng được xem là phù hợp nhất. Phương pháp này có ưu điểm là tiến hành ở nhiệt độ thấp ( <400C) và áp suất vừa phải (< 80 bar). Quá trình sấy diễn ra qua 3 bước:
Gel chứa một lượng lớn dung môi được đặt vào autoclave. Buồng chứa được khóa chặt lại và CO2 lỏng được bơm vào ở nhiệt độ 4 – 100C cho tới khi áp suất trong buồng đạt 100 bar. Van xả được mở ra để dung môi lỏng được thay thế bằng CO2 thoát ra.
Khi gel đã hoàn toàn ngập trong CO2 lỏng, tắt bơm và buồng chứa được gia nhiệt tới 400C (trên điểm tới hạn của CO2 là 310C), áp suất được giữ không đổi ở 100 bar.
32
Sau khi CO2 đã chuyển sang trạng thái siêu tới hạn hoàn toàn, hệ thống bắt đầu được giảm áp .
Khi đạt tới áp suất thường, hệ thống được giải nhiệt tới nhiệt độ phòng.
Aerogel thu được nhờ phương pháp này mang tính háo nước.
V sau, phương pháp được cải tiến bằng cách sử dụng trực tiếp SCO2 , bỏ qua quá trình đun nóng và làm nguội.
Hình 1.16 Sơ đồ quy trình LTSCD [23]
So sánh hai phương pháp HTSCD v LTSCD:
Phương pháp HTSCD cho aerogel có thể tích tương tự gel ướt ban đầu, ít bị co sụp và b mặt trơn láng.
Phương pháp LTSCD cho aerogel có lỗ xốp vi mô, trung mô và độ truy n quang tương tự gel ướt ban đầu, nhưng có sự co thể tích [39].