[發明專利]利用鉀長石制備石墨烯/白炭黑復合材料的方法

在審

• 申請號: 201510853302.8
• 申請日: 2015-11-30
• 公開（公告）號: CN105439129A
• 公開（公告）日: 2016-03-30
• 發明（設計）人: 肖建軍;許道立;劉改正;張國峰
• 申請（專利權）人: 洛陽綠仁環保設備有限公司
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;C01B33/12;C05C3/00
• 代理公司: 鄭州德勤知識產權代理有限公司 41128
• 代理人: 黃軍委;白毅明

技術領域

本發明涉及一種白炭黑復合材料的制備方法，具體的說，涉及了利用鉀長石制備石墨烯/白炭黑復合材料的方法。

背景技術

白炭黑因其具有多孔性、高分散性、化學穩定性好、耐高溫電絕緣性好等優異性能被廣泛應用在橡膠、塑料、涂料、醫藥、日用化工等諸多領域。然而，由于傳統的白炭黑內部的聚硅氧和外表面存在的活性硅醇基及其吸附水特性，使其呈親水性難以在有機相中濕潤和分散。而且，由于白炭黑表面存在羥基，表面能較大，聚集體總傾向于凝聚，影響了白炭黑的應用。因此，為提高白炭黑在聚合物中的分散性，必須對其進行表面改性。目前，白炭黑的表面改性，都局限在對白炭黑成品顆粒表面的硅羥基活性進行改性；而對白炭黑的生成過程中進行改性的研究較少。

另一方面，我國的鉀長石礦儲量極其豐富，鉀長石含有豐富的鉀、鋁、硅等成分，因此，通過對鉀長石綜合開發來制備白炭黑，并在制備過程中，添加具有高強度高導電性能且與橡膠等物質結合緊密的石墨烯對白炭黑進行直接改性，從而制備高性能的石墨烯/白炭黑復合材料。這種制備工藝必然能夠使鉀長石的有效成分得到充分的利用，并提高了白炭黑產品的品質。

發明內容

本發明所采用的技術方案是：利用鉀長石制備石墨烯/白炭黑復合材料的方法，具體包括以下步驟：

步驟一、依次將鉀長石、氟化銨、濃硫酸加入到轉爐反應器中，在200℃～300℃和自生壓力下進行反應，生成氣體和固體殘渣，其反應原理為：

NH₄F=HF↑+NH₃↑，

2K[AlSi₃O₈]+24HF+4H₂SO₄=K₂SO₄+Al₂(SO₄)₃+6SiF₄+16H₂O，

其中，鉀長石、氟化銨、濃硫酸的質量比為1：3～3.5：3.5～4，濃硫酸按質量分數為98%的濃硫酸計算；

步驟二、在負壓條件下向質量分數為20%～30%的氨水中通入所述氣體進行吸收水解，控制水解溫度為5℃～10℃，水解反應生成渾濁液，所述渾濁液經陳化、過濾、洗滌后得到白炭黑沉淀，其反應原理主要為：

3SiF₄+2H₂O=2H₂SiF₆+SiO₂↓，

H₂SiF₆+6NH₄OH=6NH₄F+SiO₂↓+4H₂O；

步驟三、將所述白炭黑沉淀加水制得白炭黑漿液，在溫度為90℃～95℃條件下對所述白炭黑漿液進行霧化5～35s，霧化粒徑為5～100微米，霧化結束經干燥得到白炭黑顆粒；

步驟四、將所述白炭黑顆粒置于石墨烯反應器中，對所述石墨烯反應器進行抽真空處理，然后向所述石墨烯反應器中通入惰性載氣，并在溫度為500℃～1000℃條件下向所述石墨烯反應器中通入碳源，所述碳源在所述白炭黑顆粒上反應100～200min生成石墨烯，即制得石墨烯/白炭黑復合材料。

基于上述，所述步驟一還包括：在溫度為90℃～110℃條件下，采用質量分數為8％～10％的硫酸溶液對所述固體殘渣浸取制得浸取液，向所述浸取液中加入氨水調節所述浸取液的pH=8～10，經過過濾后得到硫酸銨鉀濾液和氫氧化鋁沉淀，然后將所述硫酸銨鉀濾液通過真空濃縮至飽和，使硫酸銨鉀晶體析出；最后通過噴漿造粒、干燥即得二元復合肥硫酸銨鉀。

基于上述，所述步驟四中的所述石墨烯反應器是玻璃容器、陶瓷容器、坩堝或高溫石英容器。

基于上述，所述惰性載氣是氦氣、氮氣、氬氣中得一種或幾種的組合。

基于上述，所述碳源是甲烷、乙烷、丙烷、乙醇、甲醇、丙醇、苯、六氯苯、乙烯、乙炔、蔗糖、葡萄糖中的一種或幾種的組合。

本發明相對現有技術具有突出的實質性特點和顯著的進步，具體的說，本發明首先將氟化銨、鉀長石分解產生的SiF₄氣體用氨水進行吸收，經噴霧造粒制得白炭黑顆粒，然后通過化學氣體沉淀法在所述白炭黑顆粒表面生成石墨烯層從而制得石墨烯/白炭黑復合材料。