一种双亲型二氧化硅复合气凝胶生产用置换干燥器的制作方法

本实用新型涉及双亲型二氧化硅复合气凝胶生产领域，尤其涉及一种双亲型二氧化硅复合气凝胶生产用置换干燥器。

背景技术：

双亲型二氧化硅气凝胶复合材料，属于高端硅基纳米多孔材料。与目前市场上只具备疏水特性的传统二氧化硅气凝胶产品相比，双亲型二氧化硅气凝胶复合材料具有独特的亲水、亲油特性，与水系使用环境兼容性良好，同时还具备比表面积大、孔隙率高、孔径连通性好等特点，非常适合水中油性物质、尤其是乳化油类污染物的吸附与深度处理。目前的氧化硅气凝胶产品均为超疏水状态，很难与水性体系兼容；而废水中的乳化油、重金属离子等污染物均为水溶状态，疏水气凝胶无法使用。

气凝胶可以由多种材料构成，如氧化硅、氧化钛、碳、石墨烯、纤维素等等，其中氧化硅气凝胶是研究最早（1930年）、目前工艺最成熟、最具应用前景的气凝胶品类，具有耐高温性能好、热导率低、原料来源广泛、制备工艺相对简单等优点，一直是学术界、产业界、投资界的关注热点。目前气凝胶材料在市场中应用推广遇到的主要难题是：（1）价格昂贵，部分粉体产品报价高达每吨300万元；（2）产品形式单一，均为超疏水粉体、玻纤复合毡/板，不同企业产品同质化严重；（3）应用技术缺失，由于气凝胶特有的超疏水特性，产品很难与其它材料、部件或使用环境配套，或引发粉尘污染、施工复杂、耐久性差等问题，造成大量潜在客户只能望“胶”兴叹。以废水处理为例：气凝胶具有比传统硅基材料（如氧化硅纳米粉体）高得多的比表面积和很高的孔容，非常适合用作废水处理材料，吸附废水中的油性污染物（如苯、甲苯、苯酚）及对生态环境产生重大危害的重金属离子（如Pb2+、Cd2+、Hg2+）。然而，目前的氧化硅气凝胶产品均为超疏水状态，很难与水性体系兼容；而废水中的乳化油、重金属离子等污染物均为水溶状态，疏水气凝胶无法使用。因此，开发新型气凝胶表面改性技术，使其在保持疏水、高孔容、高比表面积的基础上，能兼具亲水特性，从而与水性使用环境兼容，具有重要的研究和实用价值。

通过研究发现将氧化硅气凝胶体系与壳聚糖材料复合，可突破气凝胶材料难溶于水的应用技术壁垒，实现水性体系中对油性材料的吸附；针对高浓度机械加工乳化油废水（~50%），双亲型气凝胶经短短5分钟的吸附，即可实现100%的脱色效率，出水基本与纯净水一致，且表现出强大的重金属离子（Pb²⁺、Cu²⁺）去除能力，废水净化能力显著优于目前用量最大、应用范围最广的活性炭吸附材料，在工业含油废水深度处理、室内/车内空气净化、危害化学品泄漏应急处置、工业特种吸附等广泛的领域，可望能替代传统活性炭材料。

在双亲型二氧化硅气凝胶复合材料的生产过程中，需要用到置换干燥器，将乙醇等与二氧化硅湿凝胶进行置换，并且需要干燥，而常用的干燥法为超临界干燥法、减压干燥法、冷冻干燥法和常压干燥法，超临界干燥法制备出的气凝胶性能优越，纯度高，但是生产成本较高，安全性较差；减压干燥法设备投资成本较低，生产效率高，但是制备的气凝胶产品易出现塌陷和开裂；冷冻干燥法能够制备出性能较好的气凝胶，但是操作难度大，周期较长；常压干燥法能够制备出性能良好的气凝胶，设备投资成本低，工艺简单，但是溶剂耗费量大，制备周期较长。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构设计科学，操作便利，能够实现气凝胶溶剂置换和常压干燥的一种双亲型二氧化硅复合气凝胶生产用置换干燥器。

为实现本实用新型提供以下技术方案：

一种双亲型二氧化硅复合气凝胶生产用置换干燥器，主要包括罐体，所述罐体上方设置旋转电机，所述罐体中心设置旋转轴，所述旋转轴垂直方向上设置多层置物架；所述罐体外壁包裹加热夹层，罐体内壁沿圆周方向均匀设置数根垂直的主加热管，所述主加热管上沿垂直方向均匀设置数根水平的辅加热管，所述置物架设置在上下两层辅加热管之间，且置物架与辅加热管不接触。

进一步地，所述旋转轴为空心轴，旋转轴上均匀设置若干插孔。

进一步地，所述置物架为扇形，置物架横截面大小略小于水平方向两根辅加热管之间的空隙大小，所述置物架高度略小于垂直方向两根辅加热管之间的距离，所述置物架表面设有通孔，置物架圆心的一端设置上下两个倒L形挂钩，所述挂钩插入旋转轴的插孔内。

进一步地，所述置物架至少包括两层。

进一步地，所述罐体顶部还设置至少两个下料口和至少1个挥发气体回收口，所述下料口的形状与置物架形状一致；所述罐体侧壁还设置引流管，所述引流管伸至罐体底部，所述罐体底部设置出液口，出液口上设置出液阀。

进一步地，所述罐体顶部还设有温度检测仪、压力检测仪和液位检测仪。

本实用新型的有益之处：

第一：罐体外壁设置加热夹层，罐体内壁设置主加热管，主加热管上设置辅加热管，能够实现对罐体内的液体进行充分均匀加热和保温，同时均匀加热和保温有助于提高置换反应的效率和效果；

第二：设置带通孔的置物架放置二氧化硅湿凝胶，置物架设置在旋转轴上，旋转轴可旋转，即置物架可随着旋转轴旋转，可以通过旋转精确的放置置物架的位置，保证二氧化硅湿凝胶在置换过程中受热均匀，同时置物架也可以充当搅拌叶片，有助于液体的升温和降温；

第三：设置引流管并且延伸到罐体底部，防止进液的时候有飞溅，有助于平稳液面；

第四：温度检测仪、压力检测仪和液位检测仪，与PLC控制系统连接后可实时监控罐体内的反应情况。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为A-A向结构示意图。

图3为置物架与旋转轴连接前视图。

图4为置物架结构示意图。

图中：1是罐体、2是旋转电机、3是旋转轴、3.1是插孔、4是置物架、4.1是通孔、4.2是挂钩、5是加热夹层、6是主加热管、7是辅加热管、8是下料口、9是挥发气体回收口、10的引流管、11是出液口、12是出液阀、13是温度检测仪、14是压力检测仪、15是液位检测仪。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“ 固定于”或“ 设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“ 连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“ 长度”、“ 宽度”、“ 上”、“ 下”、“ 前”、“ 后”、“ 左”、“ 右”、“ 竖直”、“ 水平”、“ 顶”、“ 底”“ 内”、“ 外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“ 第一”、“ 第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“ 第一”、“ 第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“ 多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

一种双亲型二氧化硅复合气凝胶生产用置换干燥器，主要包括罐体1，所述罐体1上方设置旋转电机2，所述罐体1中心设置旋转轴3，所述旋转轴3垂直方向上设置多层置物架4；所述罐体1外壁包裹加热夹层5，罐体1内壁沿圆周方向均匀设置数根垂直的主加热管6，所述主加热管6上沿垂直方向均匀设置数根水平的辅加热管7，所述置物架4设置在上下两层辅加热管7之间，且置物架4与辅加热管7不接触，所述旋转轴3为空心轴，旋转轴3上均匀设置若干插孔3.1，所述置物架4为扇形，置物架4横截面大小略小于水平方向两根辅加热管7之间的空隙大小，所述置物架6高度略小于垂直方向两根辅加热管7之间的距离，所述置物架4表面设有通孔4.1，置物架4圆心的一端设置上下两个倒L形挂钩4.2，所述挂钩4.2插入旋转轴3的插孔3.1内，所述置物架4至少包括两层，所述罐体1顶部还设置至少两个下料口8和至少1个挥发气体回收口9，所述下料口8的形状与置物架4形状一致；所述罐体1侧壁还设置引流管10，所述引流管10伸至罐体1底部，所述罐体1底部设置出液口11，出液口11上设置出液阀12，所述罐体1顶部还设有温度检测仪13、压力检测仪14和液位检测仪15。

本置换干燥器工作原理：将温度检测仪13、压力检测仪14和液位检测仪15、出液阀12等与PLC控制系统连接，从引流管10将第一置换溶液放入置换干燥器，第一置换溶液开始加热升温，利用温度检测仪13和压力检测仪14检测罐体1内的温度和气压，前期可以利用旋转轴3带动空的置物架4对第一置换溶液进行初步的、缓慢的搅动，便于置换溶液的均匀升温，当第一置换溶液的温度和罐体1内压力到达要求时，从下料口8将置物架4放入罐体1内，从最下层开始挂放，在挂放的过程中旋转轴3可以适当旋转便于挂放，置物架4上放置待置换的湿凝胶，当全部放置完毕，关闭下料口8，PLC系统监控罐体1内的温度和压力，同时打开挥发气体回收口9回收挥发气体，待第一置换溶液置换完毕，溶液从出液口11排出并回收；再次将第二置换溶液放入罐体1内，进行第二次置换，完成置换后第二置换溶液也从出液口11排出并回收；此时置换完成，气凝胶进入常压干燥状态，罐体1内溶液排空，利用压力检测仪14和温度检测仪13控制罐体1的的干燥温度和压力，罐体1顶部还设置进气口（图中未标出），当压力不够时进气口可以向罐体内通入气体，完成干燥后，从下料口8将置物架4拿出。

本实用新型并不局限于上述具体实施方式所涉及的一种双亲型二氧化硅复合气凝胶生产用置换干燥器，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本实用新型等同或相类似的变化都应涵盖在本实用新型权利要求的范围内。