[發(fā)明專利]一種沉淀法制備白炭黑的方法

有效

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• 申請日: 2016-05-31
• 公開（公告）號: CN106044790B
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發(fā)明（設計）人: 慶玉榮
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽省含山縣錦華氧化鋅廠
• 主分類號: C01B33/193
• 分類號: C01B33/193
• 代理公司: 合肥順超知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(特殊普通合伙)34120
• 代理人: 周發(fā)軍

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及化工領域白炭黑的制備，具體涉及一種沉淀法制備白炭黑的方法。

背景技術(shù)

白炭黑作為一種環(huán)保、性能優(yōu)異的助劑，具有良好的活性和吸附率，補強效果好，有很高的絕緣性，不溶于水及酸(氫氟酸除外)，溶于苛性鈉，受高溫不分解。

白炭黑按生產(chǎn)方法大體分為氣相法白炭黑和沉淀法白炭黑。氣相法白炭黑具有較大額比表面積，產(chǎn)品純度可達99％，粒徑可達到10-20nm，但該法反應工藝復雜，且產(chǎn)品價格昂貴，僅使用于極少數(shù)特殊行業(yè)。傳統(tǒng)沉淀法是指以硫酸、鹽酸、CO₂與水玻璃為基本原料生產(chǎn)白炭黑的工藝，其產(chǎn)量高，工藝簡單，易形成規(guī)模，產(chǎn)品品質(zhì)較氣相法差，其廣泛用于橡膠、塑料的填充補強劑、電子電氣業(yè)絕緣絕熱填料及日用化工原料等行業(yè)。但該法生產(chǎn)過程中的原生粒子間的自聚問題較嚴重，顆粒大小不易控制，產(chǎn)品的粒徑較大、孔容小及分散性差。為提高白炭黑產(chǎn)品性能，拓展產(chǎn)品的應用領域，立足傳統(tǒng)沉淀法生產(chǎn)工藝開發(fā)優(yōu)質(zhì)白炭黑產(chǎn)品的制備方法顯得尤為重要。

中國專利CN 105329903 A公開了“一種白炭黑的制備方法”，由此法制得的白炭黑具有較好的拉伸強度，但其采用濃硫酸參與反應，不利于控制反應的pH，且對設備的要求較高，增加了生產(chǎn)成本，而此方法在制備白炭黑的過程中原生粒子間容易自聚，比表面積及孔容仍需要做進一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種沉淀法制備白炭黑的方法，此法生產(chǎn)過程中反應的pH易控制，且原生粒子不易自聚，產(chǎn)品具有比表面積高、主含量高、孔容大等特點。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種沉淀法制備白炭黑的方法，具體包括以下步驟：

(1)將正丁醇水溶液和氯化鈉加入到帶有攪拌裝置的反應器中，加入水玻璃溶液，使反應器中水玻璃的質(zhì)量濃度達到1.5％-1.8％，再加入陽離子表面活性劑，攪拌，控制轉(zhuǎn)速為200r/min-300r/min，將溫度升至70-80℃，保持恒溫，繼續(xù)加入水玻璃溶液、氯化銨水溶液及鹽酸，以連續(xù)并流的方式滴加到反應器中；

(2)用精密pH試紙檢測反應體系的pH值，控制反應的pH值為8-9，直至水玻璃溶液加完；

(3)繼續(xù)加入氯化銨水溶液及鹽酸，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速至150r/min-200r/min，緩慢調(diào)節(jié)pH值至4-5，老化2h，得漿料；

(4)從反應器中放出漿料，真空過濾，用去離子水將濾餅洗滌至中性后再用乙醇洗滌一次；

(5)將濾餅粉碎、微波干燥，干燥完成后在600℃下煅燒5h，得白炭黑。

優(yōu)選地，所述正丁醇水溶液中正丁醇與水的體積比為1:15-1:19。

優(yōu)選地，所述水玻璃溶液中水玻璃的模數(shù)為3.1-3.5，水玻璃溶液的質(zhì)量濃度為10％-25％，氯化銨水溶液為飽和氯化銨水溶液，鹽酸的質(zhì)量濃度為25％-30％。

優(yōu)選地，所述步驟(1)中加入的氯化銨水溶液與鹽酸的體積比為1:2-2:1。

優(yōu)選地，所述陽離子表面活性劑為十二烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨中的一種。

優(yōu)選地，所述步驟(2)中控制pH的方法為：每隔5min測一次pH值，如果pH值不在所需范圍內(nèi)，則適當降低或增加鹽酸的流量。

本發(fā)明采用強酸弱堿鹽氯化銨的水溶液與鹽酸一起作為酸與水玻璃進行分反應，鹽酸的加入保證了反應速率，而氯化銨在水溶液中能緩慢的稀釋出H⁺，可以有效避免pH變化過大，另外反應在堿性條件下進行，反應所生成的粒子帶負電，可吸引NH₄⁺和溶液中的Na⁺形成雙電層，通過對雙電層之間的庫倫排斥作用，平衡離子表面電荷，從而使粒子之間發(fā)生團聚的的引力大大降低。

在水中加入正丁醇是因為水玻璃在水溶液中酸化時，-ONa轉(zhuǎn)化成-OH，是一種高表面積的微粒，在它的表面吸附有大量的水，如果失水，這種結(jié)合就會迅速發(fā)生，迅速增長成粗大的顆粒，而加入的極性分子正丁醇的存在可起到隔離的作用，正丁醇分子靠與頂氧生成氫鍵來阻止頂氧形成硅-氧聯(lián)結(jié)，從而制得小顆粒的白炭黑。

加入陽離子表面活性劑是因為白炭黑在成核過程中帶負電，所述陽離子表面活性劑可在溶液中形成膠束，吸附并包裹造微粒上，從而起到抑制晶核的生長、控制粒徑大小的作用。由于陽離子表面活性劑的包裹，可阻止雜質(zhì)離子對白炭黑的吸附，同時在高溫煅燒下，所述陽離子表面活性劑可以完全分解，不會引入雜質(zhì)，從而保證了白炭黑的純度。