Superkritické sušení - Supercritical drying
 | tento článek potřebuje další citace pro ověření. (Dubna 2017) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony) |
Superkritické sušení, také známý jako sušení kritického bodu, je proces k odstranění kapalný přesně a kontrolovaně.[1] To je užitečné při výrobě mikroelektromechanické systémy (MEMS), sušení koření, výroba aerogel, bez kofeinu kávy a při přípravě biologických vzorků pro rastrovací elektronová mikroskopie.
Fázový diagram
Když se látka v kapalném těle prochází hranice z kapaliny na plyn (viz zelená šipka v fázový diagram ), kapalina se mění na plyn konečnou rychlostí, zatímco množství kapaliny klesá. Když k tomu dojde v heterogenním prostředí, povrchové napětí v tělese kapaliny táhne proti pevným strukturám, se kterými by kapalina mohla být v kontaktu. Jemné struktury, jako jsou buněčné stěny, dendrity dovnitř silikonový gel, a drobné strojní zařízení mikroelektromechanických zařízení, mají tendenci být rozděleny tímto povrchovým napětím, když se pohybuje křižovatka kapalina-plyn-pevná látka.
Aby se tomu zabránilo, lze vzorek přivést dvěma možnými alternativními cestami z kapalné fáze do plynné fáze, aniž by došlo k překročení hranice kapalina-plyn ve fázovém diagramu. v vymrazování, to znamená jít doleva (nízká teplota, nízký tlak; modrá šipka). Některé struktury jsou však narušeny dokonce i hranice pevného plynu. Superkritické sušení naproti tomu obíhá čáru doprava na vysokoteplotní a vysokotlaké straně (červená šipka). Tato cesta z kapaliny do plynu neprotíná žádnou fázová hranice, místo toho prochází superkritický region, kde přestává platit rozdíl mezi plynem a kapalinou. Hustoty kapalné fáze a plynné fáze se v kritickém bodě sušení vyrovnají.
Kapaliny
Mezi tekutiny vhodné pro superkritické sušení patří oxid uhličitý (kritický bod 304.25 K. v 7.39MPa nebo 31.1° C v 1072psi ) a freon (≈ 300 K při 3,5–4 MPa nebo 25–0 ° C při 500–600 psi). Oxid dusičitý má podobné fyzické chování jako oxid uhličitý, ale je silný okysličovadlo v superkritickém stavu. Superkritický voda je nepohodlné kvůli možnému tepelnému poškození vzorku při teplotě jeho kritického bodu (647 K, 374 ° C) a korozivitě vody při takových vysokých teplotách a tlacích (22,064 MPa, 3212 psi).
Ve většině takových procesů aceton se nejprve používá k odplavení veškeré vody, přičemž se využívá celá mísitelnost těchto dvou tekutin. Aceton se poté odmyje vysokotlakým kapalným oxidem uhličitým, což je v současnosti průmyslový standard freon není k dispozici. Kapalný oxid uhličitý se poté zahřívá, dokud jeho teplota nepřesáhne kritický bod, kdy lze tlak postupně uvolňovat, což umožňuje úniku plynu a zanechání suchého produktu.
Reference
- ^ Evangelos Tsotsas; Arun S.Mujumdar (29. srpna 2011). Moderní technologie sušení, svazek 3: kvalita a složení produktu. John Wiley & Sons. str. 185–. ISBN 978-3-527-31558-1.