陳建榮  張月萍  趙平（píng）
                   （河北科技大學，石家莊，050018）
    摘  要：由於納米粒子的表麵效（xiào）應，用傳（chuán）統的幹燥方法幹（gàn）燥納米粉體時極可能產生團聚結構。超臨（lín）界幹燥、共沸蒸餾、微波幹燥、真空冷凍幹燥等方法降低了幹（gàn）燥時的毛細管力，消除了（le）顆粒（lì）間（jiān）的氫鍵橋接，從而可有效阻止團聚的產生，是（shì）適合納米粉體的新型（xíng）幹燥方法。
    關鍵詞：納米粉體；幹燥；團聚

                 Drying techniques of nanometer powders
                  Chen jianrong，Zhang yueping，Zhao  ping
   (HeBei  University  of  Science  and  Technology，Shijiazhuang  050018，China)
    Abstract：Due to surface effect of nanometer particle，the nanometer particle cannot be dried by conventional techniques because of forming of aggregation.Tedhniques as supercritical fluid drying,azeotropic distillation,vacuum freeze drying,microwave drying,,used for the drying of nanometer particles can decrease capillary force,eliminate hydrogen bond bridging and avoid the aggregation in the drying process.
    Key words：nanometer powders； drying；aggregation
    隨（suí）著近年來我國粉體工業（yè）的迅猛發展及顆（kē）粒技術的廣泛應用，納米粉體加工技術（shù）已越來越引（yǐn）起人們的（de）重視。濕化（huà）學法是目前製備納米粉體的常用方法，該方法可以^控製各個組分的含量（liàng），使不同組分之間實現分子與原子水平的均（jun1）勻混合。但由於納米粉體粒子的表麵效應，用濕化學法合成納米粉體的整個工藝過程中，極易產生團聚現象[1]，因此不能用傳統的（de）幹燥方法進行幹燥。團（tuán）聚（jù）的形成有多種原因[2]，其中一個主要原因是由於水的表麵張力較大，在幹（gàn）燥過程中會產生較（jiào）強的毛細（xì）管力，導致顆粒緊密靠（kào）近，相鄰顆粒表麵上的（de）水分子形成羥基（jī）架橋而產生（shēng）團聚，因此防止團聚的關鍵在於盡可能減少羥基架（jià）橋。采（cǎi）用有機溶劑洗去水分子，並取（qǔ）代羥基基團是目前常用的方法。
1 超臨界幹燥
    超（chāo）臨界幹燥技（jì）術[3]是近年來（lái）發展起來的化工新技術，它是利用幹燥介質在臨（lín）界溫度和臨界壓力之上，氣液界麵消失，表麵張力不複存（cún）在，從而消除了幹燥過程中因表（biǎo）麵（miàn）張力引起的毛細（xì）孔塌陷破（pò）壞而產生的（de）顆粒聚集[4]。目前常用的幹燥介質是甲醇、乙醇和二（èr）氧化（huà）碳，由於甲（jiǎ）醇、乙醇易燃、易爆，故大規模製備時仍采（cǎi）用二氧化碳[5]。
    超臨界幹燥技術可以避免物料在幹燥過程中的收縮和碎裂，從而保（bǎo）持物料原有的（de）結構與狀態，防止初級納米粒子的團聚和凝並，這對於（yú）各種納米材料的製備^意義。該（gāi）法可在溫和的條件下進行，特（tè）別適用於熱敏性物料的（de）幹燥。同濟大學李光明[6]等應用超（chāo）臨（lín）界幹燥（zào）技術已（yǐ）經成（chéng）功地製備出多種氣凝膠。氣凝（níng）膠是一種以納米粒子（zǐ）或高聚物分子為骨架組成的超低密度（dù）多孔固體材料，國外稱為“凍煙”。解放軍後勤工程學院的王立（lì）光等用超臨界幹（gàn）燥技術製得了粒徑為30~80nm的晶狀氫氧（yǎng）化鎳[7]。
2 真空冷凍幹燥
    真空冷凍幹燥技術（shù）[8]是真空（kōng）技（jì）術與冷凍技術相結合的新型（xíng）幹燥脫水技術。水有固、液、氣態三相（xiàng），根（gēn）據熱力學的三相理論，隨著壓力的降低，水的冰點變化不大，而沸點卻（què）越來越低（dī），向冰點靠近，當壓力降到一定（dìng）真空（kōng）度時（shí），水的冰（bīng）點和沸點重合，這時冰可以不（bú）經過液態水而（ér）直接汽化為氣體，這一現象稱為升華。真空冷凍（dòng）幹燥就是將物（wù）料凍結（jié），然（rán）後置於真空器中，在一定的真空度下對物（wù）料加熱，使物（wù）料中的水（shuǐ）分從固態直接升華為氣態（tài），並通過真空係統將水蒸氣排走，從而排除濕物料中的水分獲得幹燥製品。水的三（sān）相點的（de）壓力為610.5Pa，溫度（dù）為0.0098℃，但實際操作條件要苛（kē）刻得多，實（shí）際操作中在66.7~133.3Pa的真空度和－25℃的溫（wēn）度（dù）下，才能保證冷（lěng）凍幹燥的順（shùn）利進行[9]-[10]。
    真空冷凍幹燥可避免物料因高熱而分解變質，所得產品粒徑較小且質地疏鬆，加水後迅（xùn）速溶解恢複原有特性。同時幹燥在真空中（zhōng）進行，不易氧化，有利於產品長期貯存[11]。國內外已有^學者用真空冷凍（dòng）幹燥技（jì）術製備出納米粉（fěn）體。
3 微波幹燥
    微波幹燥[12~13]是通過微波（bō）與產（chǎn）品直接（jiē）相互作用將電磁能在瞬間轉化為熱能（néng），實現產品的快速脫（tuō）水幹燥過程。微波是一頻率極高（gāo）的電磁波(頻率300～300000MHz)，其中（zhōng）電磁場方向和大小隨時作周期（qī）性變化，而物料裏的水是（shì）極性分子，它在快速變化的電磁場作用（yòng）下，其極（jí）性取向將（jiāng）隨著外電場的變（biàn）化而變化（huà），使分子產生劇烈的運動。這種有規律的運動受（shòu）到（dào）臨近分子的幹擾和阻礙，產生（shēng）了類似摩擦運（yùn）動的效應，從而使物料（liào）溫（wēn）度升高達到加熱脫水幹燥的目的。
    由於微波幹燥能在瞬間滲透到被加熱物（wù）體內（nèi）部，無需熱傳導過程，數分鍾就能把微波轉換為（wéi）物質的（de）熱能（néng），因此具有反應快（kuài）、產率高的優點，並且減少了顆粒長大和團聚的（de）可能性，從而更易得到顆粒均勻（yún）的細小粉體。華僑大學（xué）的曹愛紅等運用微波幹燥法製備出了Al2O3、TiO2[14]等納米粉體。
4 共沸蒸餾
    共沸蒸（zhēng）餾[15~17]的原理是：當有機溶劑與水蒸汽氣壓之和等於大氣壓時，二相混合物開始（shǐ）共沸，溶劑與水首先以共沸（fèi）物的形式蒸出，達到脫水的目的，從而（ér）防止團聚的形成（chéng）。常用的（de）有機溶劑有正丁醇（chún）、丙（bǐng）酸、苯等。正丁醇與水在93℃形成的共沸物中水的含量（liàng）達44.5%，能有效地將水脫出，使顆粒表麵的—OH基團被—OC4H9基團取代，因此顆（kē）粒間的相互接近和形成化學（xué）鍵的可能性大大降低，減少了團聚現象。武漢大（dà）學的彭（péng）天右等用共沸蒸餾法製備出超細Al2O3 [18]粉體。
5 結束語
    克服團聚的有效方法是進行超臨（lín）界（jiè）幹燥和真空冷凍幹（gàn）燥，但這兩種方法分別是在高溫、高壓和低（dī）溫、低（dī）壓（yā）下（xià）實現，且工藝複雜（zá），設備龐大。常溫、常壓下避免團（tuán）聚（jù）的常用方法是（shì）微波幹燥和共沸蒸餾。該技術已形成一（yī）個較大規模的產業，但仍有許（xǔ）多科學與技術問題尚待解決。據目前文獻報道，有關納米粉體幹燥的研究遠不如合成（chéng）反應的研（yán）究進行得深（shēn）入和詳盡。這種（zhǒng）情況下，對納米粉體的各（gè）種幹燥方法進行研究，從中找出與（yǔ）製備方法相適應的幹燥方法，將對納米粉（fěn）體技術的深入研（yán）究和納（nà）米技術的工業化具有極其重要的意義。

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