用于生产多孔材料的工艺和为此的设备

摘要

披露了一种在高压条件下通过第二溶剂置换包含第一溶剂的湿材料中的所述第一溶剂且随后对所得湿材料进行干燥从而生产多孔材料的工艺，所述工艺包括用于将包括与所述第一溶剂相同或种类相同的溶剂和所述第二溶剂的混合溶剂供给至所述湿材料的混合溶剂供给步骤。

权利要求

1.一种在高压条件下通过第二溶剂置换包含第一溶剂的湿材料中的所述第一溶剂且随后对所述湿材料进行干燥从而生产多孔材料的工艺，所述工艺包括：混合溶剂供给步骤，其中包括与所述第一溶剂种类相同的溶剂和所述第二溶剂的混合溶剂被供给至所述湿材料，其中在所述混合溶剂供给步骤中，所述第二溶剂在所述混合溶剂中的混合百分比在供给过程中随时间流逝增加。

2.根据权利要求1所述的用于生产多孔材料的工艺，其中所述第二溶剂的混合百分比的增加比例自身在供给过程中随时间流逝增加。

3.根据权利要求1所述的用于生产多孔材料的工艺，其中在混合溶剂供给步骤中，所述混合溶剂的压力在供给过程中随时间流逝降低。

4.根据权利要求1所述的用于生产多孔材料的工艺，其中所述多孔材料是气凝胶。

5.根据权利要求1所述的用于生产多孔材料的工艺，其中所述第一溶剂是醇且所述第二溶剂是二氧化碳。

6.一种在高压条件下通过第二溶剂置换包含第一溶剂的湿材料中的所述第一溶剂且随后对所述湿材料进行干燥从而生产多孔材料的设备，所述设备包括：用于在高压条件下供给与所述第一溶剂种类相同的溶剂的高压第一溶剂供给器；

用于在高压条件下供给所述第二溶剂的高压第二溶剂供给器；

用于在高压条件下使与所述第一溶剂种类相同的所述溶剂与所述第二溶剂混合的高压混合部分；和多孔材料处理部分，所述多孔材料处理部分用于使从所述高压混合部分供给出来的所述混合溶剂与所述处理部分内的所述湿材料接触，其中在所述混合溶剂供给步骤中，所述第二溶剂在所述混合溶剂中的混合百分比在供给过程中随时间流逝增加。

7.根据权利要求6所述的用于生产多孔材料的设备，进一步包括用于控制与所述第一溶剂种类相同的所述溶剂的供给与所述第二溶剂的供给之间的比率的供给比率控制系统。

8.根据权利要求6所述的用于生产多孔材料的设备，进一步包括用于使与所述第一溶剂种类相同的所述溶剂与从所述多孔材料处理部分中排出的所述溶剂分离的第一溶剂分离部分。

9.根据权利要求8所述的用于生产多孔材料的设备，进一步包括用于贮存在所述第一溶剂分离部分中分离的与所述第一溶剂种类相同的所述溶剂的第一溶剂贮存装置和用于使与所述第一溶剂种类相同的所述溶剂从所述第一溶剂贮存装置循环至所述高压第一溶剂供给器以对其进行再利用的第一溶剂循环部分。

10.根据权利要求6所述的用于生产多孔材料的设备，进一步包括设置在所述多孔材料处理部分的出口侧上的减压部分；

用于检测供给至所述多孔材料处理部分的所述混合溶剂压力的压力检测器；和基于由所述压力检测器检测到的信号控制所述减压部分由此控制从所述多孔材料处理部分中排出的所述溶剂压力的减压控制器。

11.根据权利要求6所述的用于生产多孔材料的设备，所述设备进一步包括：用于使从所述多孔材料处理部分中排出的至少一部分所述溶剂进行循环且对其进行再利用的溶剂循环部分；其中，所述高压混合部分混合来自所述溶剂循环部分的所述溶剂与来自所述高压第二溶剂供给器的所述第二溶剂，且随后将所述混合溶剂供给至所述多孔材料处理部分。

12.根据权利要求11所述的用于生产多孔材料的设备，进一步包括通过控制从所述第二溶剂供给器供给所述第二溶剂的速率而控制所述第二溶剂在要被供给至所述多孔材料处理部分的所述混合溶剂中的混合百分比的第二溶剂供给控制系统。

13.根据权利要求11所述的用于生产多孔材料的设备，进一步包括用于使所述第一溶剂与从所述多孔材料处理部分中排出的至少一部分所述溶剂分离的第一溶剂分离部分。

14.根据权利要求13所述的用于生产多孔材料的设备，进一步包括用于贮存在所述第一溶剂分离部分中分离的所述第一溶剂的第一溶剂贮存装置和用于使所述第一溶剂从所述第一溶剂贮存装置循环至所述多孔材料处理部分且在所述多孔材料处理部分中进行循环并对所述第一溶剂进行再利用的第一溶剂循环部分。

15.根据权利要求11所述的用于生产多孔材料的设备，进一步包括：

设置在所述多孔材料处理部分的所述出口侧上的减压部分；

用于检测供给至所述多孔材料处理部分的所述混合溶剂压力的压力检测器；和基于由所述压力检测器检测到的信号控制所述减压部分由此控制从所述多孔材料处理部分中排出的所述溶剂压力的减压控制器。

说明书

用于生产多孔材料的工艺和为此的设备

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于生产多孔材料如气凝胶的工艺和为此的设备。更具体而言，本发明涉及一种工艺，通过所述工艺可生产多孔材料同时防止多孔材料在干燥步骤中产生开裂等问题，且特别是涉及一种可用于这种工艺的设备。

背景技术

[0002] 在光学透明或半透明的无机多孔材料中，例如可通过使烷氧基硅烷产生水解和缩聚且随后对因此形成的类凝胶化合物(湿凝胶)进行干燥而获得已公知的气凝胶，所述干燥是通过消除用于形成该类凝胶化合物的溶剂而实现的。这些气凝胶较轻且具有良好的绝热性质，且因此在用作多个领域中的绝热材料方面吸引了注意力。

[0003] 在生产这种气凝胶的过程中，有必要从类凝胶化合物中有效地去除用于形成上述类凝胶化合物(湿凝胶)的溶剂以提供干凝胶。然而，如果这种湿凝胶实际上进行干燥，则类凝胶化合物的结构将受到损坏且凝胶不能在保持其形状的情况下被干燥。产生这种情况的原因被认为尤其是由于在气-液界面处产生的表面张力所致的应力。

[0004] 作为防止这种结构破坏的方式，已公知的一种典型方法包括在临界条件下进行干燥(例如非专利文献1)。这种方法基于当环境处于临界条件时，气体与液体之间不再存在差别的原理，因此在理论上，在气-液界面处产生的表面张力不再发生。

[0005] 作为利用这种原理的另一种技术，还已提出了例如专利文献1中所述的技术。该技术教导了一种方法，所述方法包括对类凝胶化合物进行干燥同时用超临界二氧化碳置换所述化合物中包含的溶剂(例如醇)。根据该方法，由于二氧化碳的临界温度和临界压力相对较低，因此可相对容易且廉价地实现超临界条件。

[0006] 然而，问题仍然存在。即，当可通过供给临界条件下的二氧化碳而获得的凝胶周围的溶剂置换以过高速率发生时，应力增加且导致凝胶开裂，所述凝胶开裂尤其是由于凝胶内浓度迅速变化等原因而在凝胶内产生界面张力以及溶剂的扩散和膨胀的结果。因此，例如需要采取措施以使得可长期供给处于超临界条件下的二氧化碳。

[0007] 另一方面，从防止开裂的角度考虑，还已提出了专利文献2中披露的这种技术。该技术包括在溶剂置换后保持高压容器内部处于不低于溶剂沸点的温度下以防止环境中剩余的溶剂产生溶解且由此防止溶剂产生气-液界面，因此防止类凝胶化合物结构受损。然而，即使当采取这种措施时，也不能认为大大改进了操作效率；且当置换速率过高时，仍然存在开裂问题。

[0008] 非专利文献1：于1990年5月1日出版的Agne Shofusha的“Sol-gelHo no Kagaku(Science of Sol-Gel Method)”，37页

[0009] 专利文献1：美国专利No.4,610,863

[0010] 专利文献2：日本专利No.3,048,276

发明内容

[0011] 本发明是在这种情况下作出的，且本发明的目的在于提供一种有效地生产多孔材料同时防止多孔材料在干燥步骤中形成裂纹或受到破坏的工艺以及一种可用于实施这种工艺的生产设备。

[0012] 已成功地实现上述目的的本发明提供了一种在高压条件下通过第二溶剂置换包含第一溶剂的湿材料中的所述第一溶剂且随后对所述湿材料进行干燥从而生产多孔材料的工艺，所述工艺的要点在于其包括混合溶剂供给步骤，在所述步骤中，包括与所述第一溶剂相同或种类相同的溶剂和所述第二溶剂的混合溶剂被供给至所述湿材料。

[0013] 在这种工艺中的所述混合溶剂供给步骤中，所述第二溶剂在所述混合溶剂中的混合百分比或含量优选在供给过程中随时间流逝增加。进一步地，所述第二溶剂的混合百分比的增加比例自身(very rate)也优选在供给过程中随时间流逝增加。在混合溶剂供给步骤中，所述混合溶剂的压力还优选在供给过程中随时间流逝降低。作为本发明的工艺所目标的多孔材料，存在所提到的气凝胶作为典型实例。进一步地，对于要使用的溶剂，作为所述第一溶剂的醇和作为所述第二溶剂的二氧化碳优选进行组合。

[0014] 另一方面，已经成功实现上述目的的本发明的生产设备是一种在高压条件下通过第二溶剂置换包含第一溶剂的湿材料中的所述第一溶剂且随后对所述湿材料进行干燥从而生产多孔材料的设备，所述设备的要点在于其包括：用于在高压条件下供给与所述第一溶剂相同或种类相同的溶剂的高压第一溶剂供给器；用于在高压条件下供给所述第二溶剂的高压第二溶剂供给器；用于在高压条件下使与所述第一溶剂相同或种类相同的所述溶剂与所述第二溶剂混合的高压混合部分；和多孔材料处理部分，所述多孔材料处理部分用于使从所述高压混合部分供给出来的所述混合溶剂与所述处理部分内的所述湿材料接触。

[0015] 该设备优选进一步包括用于控制与所述第一溶剂相同或种类相同的所述溶剂的供给与所述第二溶剂的供给之间的比率的供给比率控制系统。此外优选地，该设备可包括用于使与所述第一溶剂相同或种类相同的所述溶剂与从所述多孔材料处理部分中排出的所述溶剂分离的第一溶剂分离部分。进一步地，所述设备优选还可包括用于贮存在所述第一溶剂分离部分中分离的与所述第一溶剂相同或种类相同的所述溶剂的第一溶剂贮存装置和用于使与所述第一溶剂相同或种类相同的所述溶剂从所述第一溶剂贮存装置循环至所述高压第一溶剂供给器以对其进行再利用的第一溶剂循环部分，如本文中稍后所述。所述设备优选进一步包括设置在所述多孔材料处理部分的出口侧上的减压部分、用于检测供给至所述多孔材料处理部分的所述混合溶剂压力的压力检测器以及基于由所述压力检测器检测到的信号控制所述减压部分由此控制从所述多孔材料处理部分中排出的所述溶剂压力的减压控制器。

[0016] 作为本发明的生产设备的另一种构型，可提到一种在高压条件下通过第二溶剂置换包含第一溶剂的湿材料中的所述第一溶剂且随后对所述湿材料进行干燥从而生产多孔材料的设备，所述设备包括：多孔材料处理部分，所述多孔材料处理部分通过所述处理部分中的所述第二溶剂置换包含所述第一溶剂的所述湿材料且对所述湿材料进行干燥；用于使从所述多孔材料处理部分中排出的至少一部分所述溶剂进行循环且对其进行再利用的溶剂循环部分；用于在高压条件下供给所述第二溶剂的高压第二溶剂供给器；和用于使来自所述溶剂循环部分的所述溶剂与来自所述高压第二溶剂供给器的所述第二溶剂混合且随后将所述混合溶剂供给至所述多孔材料处理部分的高压混合部分。具有这种构型的设备也可实现上述本发明的目的。

[0017] 这种设备优选进一步包括通过控制从所述第二溶剂供给器供给所述第二溶剂的速率而控制所述第二溶剂在要被供给至所述多孔材料处理部分的所述混合溶剂中的混合百分比的第二溶剂供给控制系统。进一步地，上述设备优选可包括用于使所述第一溶剂与从所述多孔材料处理部分中排出的至少一部分所述溶剂分离的第一溶剂分离部分。进一步地，所述设备优选可包括用于贮存在所述第一溶剂分离部分中分离的所述第一溶剂的第一溶剂贮存装置和用于使所述第一溶剂从所述第一溶剂贮存装置循环至所述多孔材料处理部分且在所述多孔材料处理部分中进行循环并对所述第一溶剂进行再利用的第一溶剂循环部分。所述设备优选进一步包括设置在所述多孔材料处理部分的所述出口侧上的减压部分、用于检测供给至所述多孔材料处理部分的所述混合溶剂压力的压力检测器以及基于由所述压力检测器检测到的信号控制所述减压部分由此控制从所述多孔材料处理部分中排出的所述溶剂压力的减压控制器。

[0018] 在根据本发明的通过在所述湿材料(湿凝胶)中进行溶剂置换并对所述湿材料进行干燥以生产多孔材料的过程中，代替单独供给所述置换溶剂地，供给包括与所述湿材料中包含的所述溶剂相同或种类相同的溶剂和置换溶剂的混合溶剂，以使得可减轻由于在两种所述溶剂之间形成双相(液/液或气/液)界面导致在所述湿凝胶内产生应力和/或过高的置换速率，且因此可有效地生产多孔材料同时避免开裂且防止凝胶状化合物结构受损。

附图说明

[0019] 图1是通过实例示出根据本发明的生产设备的一种构型的说明图；

[0020] 图2是通过实例示出根据本发明的生产设备的另一种构型的说明图；

[0021] 图3是通过实例示出根据本发明的生产设备的另一种构型的说明图；

[0022] 图4是通过实例示出根据本发明的生产设备的又一种构型的说明图；和[0023] 图5是用作第一溶剂的异丙醇和用作第二溶剂的二氧化碳的平衡相图。

具体实施方式

[0024] 本发明人从多种角度进行研究以实现上述目的。结果是，他们发现当在通过溶剂置换且对所得湿材料(湿凝胶)进行干燥生产多孔材料的过程中，通过供给由与湿材料中包含的溶剂相同或种类相同的溶剂的混合物产生的混合溶剂时，可成功地实现上述目的。因此，他们现在完成了本发明。本文中使用的用语“种类相同的溶剂”意味着至少部分地可与湿材料中包含的溶剂混溶或相容的溶剂，且种类相同的溶剂的组合包括例如醇和水，以及乙醇和甲醇。本文中所称的“循环和再利用”不仅包括使全部量循环的情况，而且包括使部分单独循环的情况。

[0025] 在干燥步骤中，在高于大气压力的压力下单独供给置换溶剂导致在湿材料中包含的溶剂与置换溶剂之间形成双相界面和/或过高的置换速率，由此导致在湿凝胶中产生应力。相反，当在混合溶剂供给步骤中供给以上面提到的这种混合溶剂形式存在的置换溶剂时，可以任意方式控制多孔材料内的溶剂与从外部供给的溶剂之间的浓度差且因此能够尽可能降低湿材料上承载的应力。

[0026] 如果仅供给以上面提到的这种混合溶剂形式存在的置换溶剂，就可以产生本发明的效应。然而，混合溶剂中溶剂之间的混合比率优选在供给溶剂供给步骤中产生变化以便在供给过程中随时间流逝增加第二溶剂(置换溶剂)的混合百分比。本文中使用的用语“在供给过程中随时间流逝增加第二溶剂的混合百分比”意味着第二溶剂的供给方式使得其混合百分比或含量可随混合溶剂供给过程的进行而增加。这种供给方式不限于供给混合溶剂以使得第二溶剂的混合百分比连续且平滑地增加；因此，混合溶剂供给方式还可使得所讨论的混合百分比逐步增加。通过采用这种构型，可能获得快速溶剂置换同时缩减多孔材料内部与外部之间的浓度差。

[0027] 作为本发明目标的多孔材料不仅包括硅石气凝胶而且包括金属氧化物气凝胶/多孔金属氧化物(例如TiO2、Al2O3、MgO、SiO2-TiO2、SiO2-Al2O3、Pd-AlO2O3、Ni-SiO2、沸石、BaAl12O19、TiCl4-Al2O3和用作单氧化物催化剂、双氧化物催化剂、催化剂载体等的类似物)、聚合物气凝胶(例如间苯二酚-甲醛树脂、含铜共聚物等)，这种多孔材料尤其作为多孔夹层粘土矿物或容易由于在以常规方式干燥时形成的毛细管力而产生破裂的易碎物质(例如干燥腐殖酸，一种生物聚合物等)以及易于产生集结的物质(如Y-Ba-Cu-O型双氧化物精细粉末等)。同样对于这种多孔材料而言，在干燥步骤中也出现相同的问题且可通过实施本发明解决所述问题。

[0028] 在本发明的实施方式中，湿材料(例如湿凝胶)中包含的第一溶剂对应于用于生产多孔湿凝胶的溶剂，且在多种情况下通常使用醇。醇并非出于特定限制，而是可使用甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇等中的任何物质。

[0029] 在本文中，该第一溶剂例如被估计为气凝胶产生阶段包含的醇。然而，其可以是另一种溶剂，所述溶剂处于在一旦通过该另一种溶剂取代气凝胶产生阶段包含的醇后且在去除产生阶段包含的催化剂等后的阶段，或处于使气凝胶受到处理以为其提供相同疏水性后的阶段的溶剂，或进一步地可以是高度可溶于临界二氧化碳中的溶剂，所述溶剂处于通过其进行置换后的阶段，例如这种有机溶剂如丙酮或己烷。

[0030] 另一方面，在本发明的实施方式中用于取代第一溶剂的第二溶剂并非出于特定限制，而可以是任何那些能够易于获得高压条件(具体而言，超临界条件)的物质，所述物质例如包括二氧化碳、氧化亚氮、丙烷和氨。其中，二氧化碳从其临界温度和临界压力相对较低且作为安全且廉价的液体的角度考虑而被推荐。具体而言，二氧化碳的有利之处在于，与使用超临界条件的醇相比，可廉价地实施处理。

[0031] 可在第一溶剂和第二溶剂足以处于二元体系的至少临界状态而不会形成两相状态(其中液/液或气/液两相共存的状态)的任何条件下实施第二溶剂的供给。因此，关键之处不在于在使得第一溶剂或第二溶剂处于至少临界状态的条件下实施供给。关键之处也不在于在使得第一溶剂处于在混合物处于第一溶剂的至少临界状态下或第二溶剂的至少临界状态下之后的阶段的条件下实施供给。然而，为了进行有效的凝胶内部取代，第二溶剂更优选处于足以引起至少临界状态的压力和温度下。本文中使用的用语“至少临界状态”的内在含义包括“超临界状态、临界状态或亚临界状态”。

[0032] 现在结合图5对例如异丙醇(IPA)被用作第一溶剂且二氧化碳被用作第二溶剂的情况进行描述，图5示出了在60℃、50℃和20℃的温度下的相平衡。从图5中可以理解，在处于10.5MPa或更低的压力下，两相共存状态在60℃出现，且因此，当温度为60℃时，不低于10.5MPa的压力就足够了。异丙醇的临界温度是235℃，且因此60℃低于该临界温度；不考虑该事实的话，可能在不通过两相共存状态的情况下实现取代和干燥。当在不高于二氧化碳临界温度，即31℃的温度下，如25℃实施处理时，例如可实施升高温度的处理以在达到两相共存状态之前实现溶剂取代。

[0033] 从这种角度，用于实施本发明的混合溶剂优选是作为第一溶剂的醇和作为第二溶剂的超临界二氧化碳的组合。

[0034] 现在，结合附图对本发明的设备构型进行详细描述。图1是示出本发明的生产设备构型的实例的说明图。该设备包括作为基本构成元件的多孔材料处理部分1、高压第一溶剂供给器2、高压第二溶剂供给器3和高压混合部分4。这些基本构成元件伴随有第二溶剂接收器6、冷却部分7、加热部分8a和8b以及减压部分9，且如果需要，则设置第一溶剂分离部分5和/或供给比率控制系统(未示出)。如果需要，则进一步设置第一溶剂贮存装置10a和/或第一溶剂循环系统(未示出)。在一些情况下，尤其根据受到处理的第一溶剂和第二溶剂物质和条件，将加热部分8a和加热部分8b设置在与图1所示的那些部位不同的部位处(例如在高压混合部分4前面或在减压部分9前面)。在一些情况下，这些加热部分不被设置在图1所示的任何部位处。

[0035] 在这种设备中，要在多孔材料处理部分1中受到处理的湿材料(如湿凝胶)中包含的液体溶剂(第一液体溶剂)或与该溶剂种类相同的液体溶剂被供给至高压第一溶剂供给器2，且在高压条件下将该液体溶剂从高压第一溶剂供给器2供给至高压混合部分4。用于取代的第二溶剂被供给至高压第二溶剂供给器3，且在高压条件下将该溶剂从高压第二溶剂供给器3供给至高压混合部分4。通过冷却部分7将低压条件下的第二溶剂从第二溶剂接收器6供给至高压第二溶剂供给器3。尽管图1中未示出，但从第一溶剂分离部分5中排出的第二溶剂例如可通过换热器或精炼器返回第二溶剂接收器6以对其进行再利用。

[0036] 如果需要，该设备设有供给比率控制部分。在高压混合部分4中，以预定比例供给通过供给比率控制部分的相应溶剂(第一溶剂或种类相同的溶剂和第二溶剂)进行混合以形成混合溶剂。且，该混合溶剂在加热部分8a中受到加热且随后被传送至多孔材料处理部分1。该加热温度被设置在不少于混合溶剂发生两相共存状态的温度。供给比率控制部分可被设置在高压混合部分4的入口侧上或高压第一溶剂供给器2和高压第二溶剂供给器3中每个供给器的入口侧或出口侧上。然而，不必要在那些位置中的一个位置处设置供给比率控制部分。所需要的仅仅是至少将所述部分设置在使得可能改变每种溶剂的混合百分比的部位处。

[0037] 包含第一液体溶剂的湿材料(如湿凝胶)被置于多孔材料处理部分1中，且该湿材料与供给至所述多孔材料处理部分的混合溶剂接触，且湿材料中的第一溶剂逐渐(在供给过程中随时间流逝)被混合溶剂中的第二溶剂置换。在供给混合溶剂的过程中，可通过控制从上述第一溶剂供给器2和高压第二溶剂供给器3中供给每种溶剂的过程而改变混合溶剂中两种溶剂之间的混合比且因此可控制所述混合比以使得可逐渐增加第二溶剂的混合百分比。

[0038] 因此，用于生产多孔材料的这种设备被构造以使得湿材料可被干燥同时通过在供给比率控制部分中控制从第一溶剂供给器2和高压第二溶剂供给器3中供给每种溶剂的过程而改变第一溶剂与第二溶剂之间的供给比率且由此改变混合溶剂中两种溶剂之间的混合比率。在控制从第一溶剂供给器2和高压第二溶剂供给器3中供给每种溶剂的过程中，供给比率控制部分优选设有所谓反馈控制系统或类似装置以使得分别从第一溶剂供给器2和高压第二溶剂供给器3中供给的溶剂可在精确的供给水平下被供给。例如，第一溶剂供给器2和高压第二溶剂供给器3分别优选包含设置在用于供应每种溶剂的开口附近的内置流量计或类似装置。此外，如预先设置地，第一溶剂供给器2和高压第二溶剂供给器3优选基于流量计或类似装置输出的检测值且基于根据供给过程预先设置的供给而在供给比率控制部分中进行的控制下供给相应的溶剂。然而，供给比率控制系统不限于此，而是仅需要对所述系统进行构造以使得可改变混合溶剂中的溶剂之间的混合比率。

[0039] 供给至多孔材料处理部分1的混合溶剂被传送至减压部分9且随后传送至加热部分8b。进一步地，根据需要设置第一溶剂分离部分5。在这种情况下，混合溶剂被进一步传送至第一溶剂分离部分5且分离成第一溶剂和第二溶剂。供给混合溶剂的同时增加第二溶剂在混合溶剂中的百分比，即降低第一溶剂的百分比。随后，第一溶剂的供给被中断且仅供给第二溶剂。很快，第一溶剂在混合溶剂中的百分比几乎达到零。其后，仍继续供给第二溶剂。由此，多孔材料处理部分1中的湿材料被干燥的同时经受溶剂置换且在完成溶剂置换后，通过其中第一溶剂的混合百分比几乎为零的混合溶剂，即几乎仅通过第二溶剂独自继续进行干燥。最终，第二溶剂的供给被中断，对多孔材料处理部分1的内部进行减压，且从多孔材料处理部分1中取出从原始湿材料中获得的干燥多孔材料。

[0040] 在该设备中，还根据需要设置第一溶剂贮存装置10a，且该第一溶剂贮存装置10a被构造以使得在第一溶剂分离部分5中分离的第一溶剂的部分或全部可被贮存在其中。且，贮存在其中的第一溶剂循环至高压第一溶剂供给器2以进行再利用。在第一溶剂分离部分5中的特定分离条件下，有时在该部分中分离的第一溶剂中会发现存在丰富的第二溶剂，而所述第二溶剂是基本上不应包含的。因此，第一溶剂贮存装置10a可设有例如用以加热溶剂的附加功能以使得可去除溶于第一溶剂中的第二溶剂。

[0041] 图2是示出根据本发明的生产设备的构型的另一个实例的示意说明图。该设备的基本构型与图1所示且如上所述的设备构型相似，且相应的部分等具有相似的附图标记由此避免进行重复描述。

[0042] 该设备被构造以通过设置替代图1所示的设备中的高压第一溶剂供给器2的溶剂循环部分12从而使湿材料中包含的第一溶剂可循环且用作混合溶剂的一部分。在该设备中，包含第一溶剂的湿材料被置于多孔材料处理部分1中。与该湿材料中包含的溶剂相同的溶剂通过被传送至溶剂循环部分12被预先置于从高压混合部分4循环至多孔材料处理部分1的状态。实施该溶剂循环的同时保持溶剂处于高压条件下。且，来自第二溶剂供给器3的第二溶剂通过加热部分8c被供给至高压混合部分4，且，在高压混合部分4中，第一溶剂和第二溶剂在预定混合比率下混合以形成混合溶剂，所述混合溶剂被传送至多孔材料处理部分1，在所述多孔材料处理部分中实施与上述处理相同的处理。在该情况下，通过设置第二溶剂供给控制系统(未示出)，可能通过第二溶剂供给控制系统改变从高压第二溶剂供给器3供给第二溶剂的过程从而由此改变第二溶剂在从高压混合部分4供给至多孔材料处理部分1的混合溶剂中第二溶剂的混合百分比。第二供给控制器可被设置在高压混合部分4的入口侧上或高压第二溶剂供给器3的入口侧或出口侧上。然而，不必要在那些位置中的一个位置处设置供给第二溶剂供给控制系统。所需要的仅仅是将所述第二溶剂供给控制系统设置在使得可能改变第二溶剂在混合溶剂中的混合百分比的部位处。在改变第二溶剂在混合溶剂中的混合百分比的过程中，还可能设置替代第二溶剂供给控制系统或与其组合的用于控制从多孔材料处理部分中排出的溶剂量的循环溶剂控制系统(未示出)。

[0043] 在该设备中，也可根据需要设置第一溶剂分离部分5或第一溶剂贮存装置10b。在第一溶剂贮存装置10b中，可贮存在第一溶剂分离部分5中分离的部分或全部第一溶剂。且，贮存在其中的第一溶剂循环至多孔材料处理部分1以进行再利用。此处，仅当多孔材料处理部分1处于普通压力时，才实施将第一溶剂供给至多孔材料处理部分1的过程。

[0044] 构型的其它元件与图1所示设备中的那些元件基本上相同，且还可能利用这种设备构型有效地实施本发明的工艺。

[0045] 图3是示出根据本发明的生产设备的构型的另一个实例的示意说明图。该设备的基本构型与图1所示且如上所述的设备构型相似，且相应的部分等具有相同的附图标记由此避免重复说明。

[0046] 除图1所示的设备构型以外，该设备在多孔材料处理部分1中设有用于检测供给至多孔材料处理部分1的处于高压条件下的混合溶剂压力的压力检测器13。且，通过减压控制器14基于压力检测器13检测到的信号控制减压部分9以使得混合溶剂的压力可在供给过程中随时间流逝降低。本文中使用的术语“降低”不仅指的是混合溶剂压力连续且平滑地降低的情况而且指的是压力逐步降低的情况。在图3中，压力检测器13被构造以使得其检测多孔材料处理部分1中的混合溶剂的压力。然而，还可能在将混合溶剂引入多孔材料处理部分1内之前检测混合溶剂的压力。

[0047] 图4是示出根据本发明的生产设备的构型的另一个实例的示意说明图。该设备的基本构型与图2所示且如上所述的设备构型相似，且相应的部分等具有相同的附图标记由此避免重复说明。

[0048] 除图2所示的设备构型以外，该设备在多孔材料处理部分1中设有用于检测供给至多孔材料处理部分1的处于高压条件下的混合溶剂压力的压力检测器13。且，通过减压控制器14基于压力检测器13检测到的信号控制减压部分9以使得混合溶剂的压力可在供给过程中随时间流逝降低。本文中使用的术语“降低”具有上面结合图3所示设备所述的术语的相同含义。在图4中，压力检测器13被构造以使得其检测多孔材料处理部分1中的混合溶剂的压力。然而，还可能在将混合溶剂引入多孔材料处理部分1内之前检测混合溶剂的压力。

[0049] 下列实例进一步详细地示出了本发明。然而，下列实例决不旨在从本质上限制本发明的范围。应该理解，根据前面的描述和随后的描述的主旨作出的所有设计改变落入本发明的技术范围内。

[0050] 实例

[0051] 为了获得硅石气凝胶，四甲氧基硅烷(tetramethoxysilane)被用作烷氧基硅烷且乙醇被用作溶剂，且催化剂和作为水的氨水溶液被添加至所述四甲氧基硅烷和乙醇且与其混合由此导致烷氧基硅烷产生水解，随后进行缩聚，从而产生类凝胶化合物。异丙醇被添加至该类凝胶化合物且在进行热处理(所谓熟化步骤)后，获得了通过完全取代溶剂部分得到的材料(该材料被称作“醇凝胶”)。

[0052] 因此获得的醇凝胶(湿凝胶)被使用且通过下面的(A)至(C)下所示的方法中的每种方法在不同大气条件下进行干燥，且对在每种情况下形成的气凝胶状态进行研究。在这种干燥情况下，利用装配有玻璃窗的高压容器且实施干燥的同时观察容器内部。

[0053] (A)包括将超临界二氧化碳供给进入高压容器内的工艺。

[0054] 高压容器填充有异丙醇，上述醇凝胶的一块板被置于其中，且该容器由盖部封闭。高压容器被加热至60℃(图5中的A)且加压至13MPa(图5中的B)，且随后处于60℃和
13MPa的超临界二氧化碳被连续供给至所述高压容器由此通过二氧化碳置换高压容器中的异丙醇(IPA)(图5中从B至C)。其后，高压容器内部进行减压(图5中从C至D)，且从容器中取出凝胶。

[0055] 结果是，可以证实，当在7小时内完成整个处理工艺时，在高压容器内通过超临界二氧化碳取代异丙醇的步骤中在异丙醇与超临界二氧化碳之间形成明显界面，且结果是，在凝胶中导致形成裂纹。还可证实，当暂时中断供给超临界二氧化碳或很慢地供给超临界二氧化碳以使得不会由于异丙醇与二氧化碳的相互扩散而形成两相界面时，不会导致在凝胶中产生裂纹。然而，在该情况下，需要长达9小时的时间完成整个处理工艺。当去除容器内的隔板以使得容器加深1.6倍时，两个醇凝胶板被置于容器中并进行干燥。当在置换步骤中60℃和13MPa的超临界二氧化碳以与上述方式相同的方式以10cc/min的流速通过容器时，为了避免凝胶开裂，有必要连续供给这种二氧化碳达770分钟，且需要长达约14小时的时间完成整个处理工艺。

[0056] (B)包括将包括超临界二氧化碳和异丙醇的混合溶剂供给至高压容器的工艺。

[0057] 使用图1所示的设备。高压容器(对应于多孔材料处理部分1)填充有异丙醇，上述醇凝胶被置于其中，且高压容器由盖部封闭、被加热至60℃且随后加压至13MPa。其后，在60℃和13MPa的条件下供给包括超临界二氧化碳和异丙醇的混合溶剂。在该情况下，异丙醇和二氧化碳进行混合以使得异丙醇在混合溶剂中的质量百分比在供给过程中随时间流逝而降低(例如，95％质量→90％质量→85％质量…)，且所得混合物被供给至高压容器。以这种供给方式，高压容器内的异丙醇浓度还随着异丙醇在混合溶剂中质量百分比的降低而降低。

[0058] 在供给的混合流体中的异丙醇百分比达到0％后，暂时单独供给超临界二氧化碳，且在高压容器内的异丙醇浓度达到0.5％或更低时，实施减压。

[0059] 当采用这种工艺时，即使在经过上述情况(A)中导致凝胶开裂的处理时间(7小时)后，也不会形成界面，且不会在干燥步骤中导致在凝胶中产生裂纹。

[0060] (C)包括使从高压容器中排出的溶剂循环且使所述溶剂与超临界二氧化碳逐渐混合的工艺。

[0061] 使用图4所示的设备。高压容器(对应于多孔材料处理部分1)填充有异丙醇，上述醇凝胶被置于其中，且高压容器由盖部封闭、被加热至60℃且随后加压至13MPa，且通过循环泵(溶剂循环部分12)将从高压容器中排出的溶剂供给通过高压混合部分4到达高压容器而使所述溶剂进行循环。其后，在使该溶剂连续循环的同时，60℃和13MPa的超临界二氧化碳以10cc/min的速度被连续供给通过高压混合部分4。在该情况下，基于来自压力检测器13的信号通过减压控制器14控制减压部分9以使得一部分混合溶剂可通过第一溶剂分离部分5被排出系统，同时将高压容器的内部压力保持在13MPa。结果使，高压容器内的异丙醇浓度逐渐降低(在超临界二氧化碳供给过程中随时间流逝逐渐降低)，且最终在高压容器中仅存在超临界二氧化碳。其后，暂时供给超临界二氧化碳，且在高压容器内的异丙醇浓度达到0.5％或更低时，实施减压。

[0062] 当采用这种工艺时，即使在经过上述情况(A)中导致凝胶开裂的处理时间(7小时)后，同样也不会形成界面，且不会在干燥步骤中导致在凝胶中产生裂纹。因此，在上述情况(A)中，有必要根据溶剂的相互扩散速率在使得不会形成两相界面的条件下实施处理，且为此目的，有必要进行长期处理。相反，在根据本发明的情况[(B)、(C)]中，可自由地控制凝胶周围的混合溶剂浓度，以使得可能通过自由地设置大尺寸凝胶或多个凝胶碎片周围的流速而在短时间内进行均匀处理，而不会限制混合溶剂的流速。

[0063] (D)包括使从高压容器中排出的溶剂循环且使所述溶剂与超临界二氧化碳逐渐混合的另一种工艺。

[0064] 使用图2所示的设备。高压容器(对应于多孔材料处理部分1)填充有异丙醇，上述醇凝胶被置于其中，且高压容器由盖部封闭、被加热至60℃且加压至13MPa，且通过循环泵(溶剂循环部分12)将从高压容器中排出的溶剂供给通过高压混合部分4到达高压容器而使所述溶剂进行循环。其后，在使该溶剂连续循环的同时，超临界二氧化碳在60℃和13MPa的条件下被连续供给通过高压混合部分4。然而，在该情况下，超临界二氧化碳的初始供给速度为20cc/min，且在从开始供给超临界二氧化碳起经过180分钟的时间流逝后，超临界二氧化碳的供给速度增加至35cc/min。因此，在逐渐增加第二溶剂超临界二氧化碳的混合百分比的过程中，通过第二溶剂供给控制系统逐步(逐渐)增加超临界二氧化碳混合百分比的增加比例自身。结果是，在从超临界二氧化碳的供给速度达到35cc/min的时间起100分钟后，高压容器内的异丙醇浓度为0.5％或更低。在异丙醇浓度达到0.5％或更低后，进一步实施减压达30分钟。结果是，整个处理工艺所需的时间为约5.7小时。

[0065] 还可能通过这种工艺(本发明的[D])有效地生产多孔材料，同时防止在多孔材料中产生这种裂纹。通过以这种方式进行操作同时逐步(逐渐)增加超临界二氧化碳的混合百分比的增加比例自身，可能进一步缩短处理时间。

[0066] (E)包括使从高压容器中排出的溶剂循环且使所述溶剂与超临界二氧化碳逐渐混合的另一种工艺。

[0067] 使用图2所示的设备。高压容器(对应于多孔材料处理部分1)填充有异丙醇，上述醇凝胶被置于其中，且高压容器由盖部封闭、被加热至60℃且加压至13MPa，且通过循环泵(溶剂循环部分12)将从高压容器中排出的溶剂供给通过高压混合部分4到达高压容器而使所述溶剂进行循环。其后，在使该溶剂连续循环的同时，60℃的超临界二氧化碳被连续供给通过高压混合部分4。然而，在该情况下，混合溶剂(初始仅有异丙醇)的初始压力为13MPa且在从开始供给超临界二氧化碳起经过40分钟后，压力在减压部分9中降至11.5MPa且在80分钟后降至10MPa。因此，混合溶剂的压力逐渐降低(在超临界二氧化碳供给过程中随时间流逝降低)。结果是，在时间流逝300分钟后，高压容器内的异丙醇浓度总计为0.5％或更低。结果是，整个处理工艺所需的时间为6小时。

[0068] 还可能通过这种工艺(本发明的[E])有效地生产多孔材料，同时防止在多孔材料中产生裂纹或类似缺陷。通过以这种方式逐渐降低混合溶剂的压力，与上述工艺(C)相比，可能进一步缩短处理时间。

[0069] (F)包括使从高压容器中排出的溶剂循环且使所述溶剂与超临界二氧化碳逐渐混合的另一种工艺。

[0070] 使用图4所示的设备。高压容器(对应于多孔材料处理部分1)填充有异丙醇，上述醇凝胶被置于其中，且高压容器由盖部封闭、被加热至60℃且加压至13MPa，且其后，通过循环泵(溶剂循环部分12)使从高压容器中排出的溶剂循环通过高压混合部分4到达高压容器，同时，超临界二氧化碳以20cc/min的速度被连续供给通过高压混合部分4。在该情况下，通过减压控制器14基于来自压力检测器13的信号控制减压部分9以使得从高压容器中排出的一部分混合溶剂可通过第一溶剂分离部分5被排出系统，同时保持高压容器内部压力处于13MPa。结果是，高压容器内的异丙醇浓度逐渐降低(在超临界二氧化碳供给过程中随时间流逝逐渐降低)，且在360分钟后测量的异丙醇浓度为0.5％或更低，以使得随后实施减压达30分钟。整个处理工艺所需的时间为约7小时。

[0071] (G)包括使从高压容器中排出的溶剂循环且使所述溶剂与超临界二氧化碳逐渐混合的又一种工艺。

[0072] 除了去除容器内的隔板以使得容器加深1.6倍以外，以几乎相同的方式沿循上述过程(F)，两块醇凝胶板被置于容器中，且超临界二氧化碳的供给速率为32cc/min。结果是，整个处理过程所需的时间为约7小时，与情况(F)相似。

[0073] 当采用这种工艺(发明[(F)、(G)])时，即使在经过上述情况(A)中导致凝胶开裂的处理时间(7小时)后，同样也不会形成界面，且不会在干燥步骤中导致在凝胶中产生裂纹。进一步地，即使当醇凝胶板的数量增加时，正如从上述情况(F)至上述情况(G)一样，可自由设置容器中的浓度变化速率，以使得可在短期内完成处理，与单块板的处理情况相似，且因此可能有效地在商业上生产多孔材料。

[0074] 当在包括仅供给置换溶剂的工艺中，正如现有技术中一样，限制置换速率时，置换时间随处理容器尺寸的增加而延长。然而，根据本发明，供给通过使与湿材料中包含的溶剂相同的溶剂或与这种溶剂种类相同的溶剂与置换溶剂混合而产生的混合溶剂，以使得可通过均匀且连续地改变该溶剂在整个处理容器中的浓度而实现通过置换溶剂进行的置换。结果是，即使当处理容器的尺寸增加时，处理时间不会延长，但可能有效地生产多孔材料。

[0075] 进一步地，当在供给第二溶剂期间随时间流逝增加第二溶剂的混合百分比的过程中，第二溶剂的混合百分比的增加比例自身增加时，影响裂纹形成的初始置换期间的置换速率可受到抑制且稍后的置换期间的置换速率可增加。结果是，可减少处理时间，且因此可能有效地生产多孔材料。

[0076] 进一步地，当混合溶剂压力在其供给过程中随时间流逝而降低时，置换溶剂的密度降低且湿材料中包含的溶剂与置换溶剂之间的浓度比率相对降低，以使得置换速率得以改进且因此可能有效地生产多孔材料。

[0077] 工业实用性

[0078] 具有上述构型的本发明使得可能高效地生产多孔材料，同时防止在干燥过程中发生开裂、多孔材料破损和类似问题。