[发明专利]一种沉淀法制备白炭黑的方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工领域白炭黑的制备，具体涉及一种沉淀法制备白炭黑的方法。

背景技术

白炭黑作为一种环保、性能优异的助剂，具有良好的活性和吸附率，补强效果好，有很高的绝缘性，不溶于水及酸(氢氟酸除外)，溶于苛性钠，受高温不分解。

白炭黑按生产方法大体分为气相法白炭黑和沉淀法白炭黑。气相法白炭黑具有较大额比表面积，产品纯度可达99％，粒径可达到10-20nm，但该法反应工艺复杂，且产品价格昂贵，仅使用于极少数特殊行业。传统沉淀法是指以硫酸、盐酸、CO₂与水玻璃为基本原料生产白炭黑的工艺，其产量高，工艺简单，易形成规模，产品品质较气相法差，其广泛用于橡胶、塑料的填充补强剂、电子电气业绝缘绝热填料及日用化工原料等行业。但该法生产过程中的原生粒子间的自聚问题较严重，颗粒大小不易控制，产品的粒径较大、孔容小及分散性差。为提高白炭黑产品性能，拓展产品的应用领域，立足传统沉淀法生产工艺开发优质白炭黑产品的制备方法显得尤为重要。

中国专利CN 105329903 A公开了“一种白炭黑的制备方法”，由此法制得的白炭黑具有较好的拉伸强度，但其采用浓硫酸参与反应，不利于控制反应的pH，且对设备的要求较高，增加了生产成本，而此方法在制备白炭黑的过程中原生粒子间容易自聚，比表面积及孔容仍需要做进一步提高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种沉淀法制备白炭黑的方法，此法生产过程中反应的pH易控制，且原生粒子不易自聚，产品具有比表面积高、主含量高、孔容大等特点。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种沉淀法制备白炭黑的方法，具体包括以下步骤：

(1)将正丁醇水溶液和氯化钠加入到带有搅拌装置的反应器中，加入水玻璃溶液，使反应器中水玻璃的质量浓度达到1.5％-1.8％，再加入阳离子表面活性剂，搅拌，控制转速为200r/min-300r/min，将温度升至70-80℃，保持恒温，继续加入水玻璃溶液、氯化铵水溶液及盐酸，以连续并流的方式滴加到反应器中；

(2)用精密pH试纸检测反应体系的pH值，控制反应的pH值为8-9，直至水玻璃溶液加完；

(3)继续加入氯化铵水溶液及盐酸，调节转速至150r/min-200r/min，缓慢调节pH值至4-5，老化2h，得浆料；

(4)从反应器中放出浆料，真空过滤，用去离子水将滤饼洗涤至中性后再用乙醇洗涤一次；

(5)将滤饼粉碎、微波干燥，干燥完成后在600℃下煅烧5h，得白炭黑。

优选地，所述正丁醇水溶液中正丁醇与水的体积比为1:15-1:19。

优选地，所述水玻璃溶液中水玻璃的模数为3.1-3.5，水玻璃溶液的质量浓度为10％-25％，氯化铵水溶液为饱和氯化铵水溶液，盐酸的质量浓度为25％-30％。

优选地，所述步骤(1)中加入的氯化铵水溶液与盐酸的体积比为1:2-2:1。

优选地，所述阳离子表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵中的一种。

优选地，所述步骤(2)中控制pH的方法为：每隔5min测一次pH值，如果pH值不在所需范围内，则适当降低或增加盐酸的流量。

本发明采用强酸弱碱盐氯化铵的水溶液与盐酸一起作为酸与水玻璃进行分反应，盐酸的加入保证了反应速率，而氯化铵在水溶液中能缓慢的稀释出H⁺，可以有效避免pH变化过大，另外反应在碱性条件下进行，反应所生成的粒子带负电，可吸引NH₄⁺和溶液中的Na⁺形成双电层，通过对双电层之间的库伦排斥作用，平衡离子表面电荷，从而使粒子之间发生团聚的的引力大大降低。

在水中加入正丁醇是因为水玻璃在水溶液中酸化时，-ONa转化成-OH，是一种高表面积的微粒，在它的表面吸附有大量的水，如果失水，这种结合就会迅速发生，迅速增长成粗大的颗粒，而加入的极性分子正丁醇的存在可起到隔离的作用，正丁醇分子靠与顶氧生成氢键来阻止顶氧形成硅-氧联结，从而制得小颗粒的白炭黑。

加入阳离子表面活性剂是因为白炭黑在成核过程中带负电，所述阳离子表面活性剂可在溶液中形成胶束，吸附并包裹造微粒上，从而起到抑制晶核的生长、控制粒径大小的作用。由于阳离子表面活性剂的包裹，可阻止杂质离子对白炭黑的吸附，同时在高温煅烧下，所述阳离子表面活性剂可以完全分解，不会引入杂质，从而保证了白炭黑的纯度。