Энциклопедический словарь нанотехнологий - сублимационная сушка

Термин на английском

freeze dryingСинонимы

лиофилизация, lyophilization, лиофильная сушкаАббревиатуры

Связанные термины

криогель, криохимический синтезОпределение

Процесс удаления растворителя из замороженных растворов, гелей, суспензий и биологических объектов, основанный на сублимации (испарении) льда без образования макроколичеств жидкой фазы.
Описание

Движущей силой сублимационной сушки является разность давлений паров растворителя над объектом и в окружающей его газовой атмосфере.  При достаточно низких температурах возможно проведение сублимационной сушки и при атмосферном давлении, однако скорость такого процесса весьма невелика. Для  практических целей используется сублимационная сушка в вакууме, скорость которой значительно выше; однако и в этом случае скорость сушки значительно меньше, чем при использовании традиционных методов сушки при повышенных температурах, что является одним из главных ограничений при ее промышленном использовании.

Поскольку сублимация льда является сильно эндотермическим процессом, интенсивность его испарения можно увеличить за счет подвода дополнительного, но строго контролируемого количества тепла (нагревания осушаемого продукта); перегрев приводит к плавлению растворителя и морфологическим изменениям в продукте сушки вплоть до коллапса.  Другим способом интенсификации сублимационной сушки является использование охлаждаемых ловушек-конденсаторов, давление паров растворителя над которыми должно быть сушественно меньше остаточного давления в сублимационной камере. В этом случае, наряду с увеличением движущей силы процесса, предотвращается попадание паров растворителя в вакуумную систему.

Наряду с испарением льда, сублимационная сушка сопровождается протеканием ряда физико-химических процессов - размягчением и кристаллизацией аморфных фаз; твердофазными фазовыми переходами; образованием и разрушением метастабильных сольватов, многообразие которых особенно велико при сублимационной сушке растворов веществ, образующих с растворителем устойчивые химические соединения. Одним из наиболее необычных явлений такого рода является образование промежуточных состояний, близких по свойствам к вязкой жидкости, при температурах, на 40-70 градусов ниже эвтектических температур для данной системы. Последние стадии сублимационной сушки часто имеют значительную химическую составляющую и сопровождаются удалением части химически связанного растворителя из сольватов.

Основным растворителем, используемым в сублимационной сушке. является вода; к менее известным относятся трет-бутанол, ледяная уксусная кислота, диметилсульфоксид, диметилкарбонат и ряд ароматических соединений, в т.ч. бензол и толуол. Способность сублимационной сушки в значительной степени сохранять микроморфологию и химическую однородность замороженных объектов активно используется в фармацевтической и пищевой промышленности. Сублимационная сушка является одним из важнейших элементов криохимического синтеза неорганических материалов, и, в частности, одним из наиболее эффективных методов предотвращения агломерации при синтезе изолированных наночастиц.

• Шляхтин Олег Александрович, к.х.н.

Теги

криохимия, криобиология, химические методы синтеза, нанопорошки, низкотемпературное гель-формованиеРазделы

Формирование наноматериалов с использованием биологических систем и/или методов

Темплейтные техники в жидких средах (химическое и электроосаждение)

Криохимия

Золь-гель-технологии

Методы, основанные на специфических взаимодействиях биологических молекул

Химическое осаждение из растворов

Приборостроение для наноиндустрии

Нанотехнологии и наноматериалы в медицине (диагностика, системы доставки лекарств, эксипиенты, восстановление тканей и органов, другое)

Бионанотехнологии, биофункциональные наноматериалы и наноразмерные биомолекулярные устройства

Органические и полимерные наноматериалы и волокна

Наноструктурированные катализаторы и устройства на их основе

Углеродные наноматериалы: наноалмазы, углеродные нанотрубки, фуллерены, графен

Объемные конструкционные и функциональные наноструктурированные материалы и покрытия (металлы и сплавы, керамика, цементы, композиты и гибриды)

Бионаноматериалы и биофункционализированные наноматериалы

Объекты традиционных технологий («нанопорошки», нанопористые материалы, золи, гели, эмульсии, наногетерогенные полимеры и т.д.)

Гранулированные наноразмерные материалы

Нанокристаллические композиции

Слоистые материалы с характерными размерами фрагментов порядка постоянной решетки

Нанокапсулы

Наночастицы на подложках

Наночастицы в твердых, полимерных или жидкокристаллических матрицах

Двумерные нанообъекты с характерными толщинами порядка размеров молекул

Нанотрубки и нанопроволоки

Нанокристаллы и наночастицы (в том числе квантовые точки)