[发明专利]一种微观结构可调的玉米芯基炭黑的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微观结构可调控的玉米芯基炭黑的制备方法，具体涉及一种首先将玉米芯降解为糖类小分子、进而碳化、高温热处理改性制备微观结构可调的纳米炭黑的方法。

背景技术

炭黑作为一种化工原料很早就被人类开发应用。由于炭黑具有良好的导电性、补强性、热力学稳定性、抗静电性、化学稳定性等特点而被广泛用于很多领域，因此可以称为工业产品的“味精”和添加剂。它在油墨、塑料、橡胶、色素以及涂料领域应用广泛，同时在汽车工业、高能电池、印染、电子通讯、静电复印等领域也具有不可替代的作用。炭黑已成为生产生活中的必需品，对国民经济和社会发展起着重要作用。组成炭黑的主要元素是碳，还含有少量氢、氧、氮和硫，炭黑形貌为由类球形小粒子构成的聚集体。根据生产方式不同可以将炭黑分为炉法炭黑、热裂解炭黑和槽法炭黑。不同方式生产的炭黑粒径大小、比表面积、表面官能团等性能各不相同，不同性能的炭黑适合于不同的领域的应用，因此要根据不同领域的需求研发适宜的炭黑产品，以满足各行业和社会发展的需要。

据统计数据显示，橡胶产业中炭黑的消耗量最大，轮胎用炭黑占总量的67.5％左右，橡胶产业中非轮胎用炭黑占22％左右。剩余部分炭黑则主要用于油墨、干电池、塑料和涂料等领域。随着我国汽车行业的迅速发展，轮胎用炭黑量逐年增加，因此炭黑年需求量越来越大，每年以超过15％的速度增长，我国炭黑需求量从2009年的256万吨上升到2011年的280多万吨。炭黑需求量如此之大，而化石资源正日益枯竭，以燃烧化石资源为原料，传统方法制备炭黑的工艺远不能满足社会发展的需求。应对石化资源日趋短缺，改变当前对日益减少的非再生资源的依赖，已成为世界各国可再生资源战略的重要组成部分。而且，生物质资源是所有可再生资源中唯一的碳源，利用生物质资源制备纳米炭黑是炭黑行业的唯一出路。

专利CN106189377A公开了一种N330炭黑的生产方法，具体涉及一种以原料油为原料，采用硬质炭黑反应炉生产制备橡胶补强剂用炭黑的简单工艺。专利CN105273734A公开了一种炭黑原料、利用煤直接液化残渣生产炭黑原料的方法，此发明的技术方案，即可以得到液态的炭黑原料油，又能得到固体液化沥青。液态的炭黑原料油适宜就近供炭黑企业生产使用，固体液化沥青适宜供炭黑企业调配炭黑原料油使用且远距离运输费用低，为炭黑工业的优质原料来源开辟了一条新途径。专利CN106349766A公开了一种以煤焦油生产炭黑的系统及方法，具体涉及以煤焦油为原料，通过悬浮床加氢工段、固定床切割馏分工段、生成炭黑反应炉、炭黑过滤、造粒工段制备橡胶补强剂炭黑的方法。专利CN106349765A公开了一种新型环保型炭黑的制备方法，其涉及炭黑技术领域，特别是一种新型环保型炭黑，按照质量份数计包括以下组分：木炭粉25-40份，聚醚多元醇2.6-4.5份，乙二醇11-16份，间苯二酚3-9份，二丁基硫代氨基甲酸盐5-12份，甲醛12-18份，胶乳45-60份，亚磷酸醋8-15份，三亚乙基二胺3.3-6.2份，去离子水80-110份。采用上述配方后，本发明的环保型炭黑有利于汽车降低能耗、减少温室气体排放；高扯断强度、高扯断伸长率；另外，加工性能好、可降低炼胶温度，提高炼胶效率。以上专利均以不可再生资源为原料制备炭黑。传统生产一吨炭黑要燃烧掉1.8～2.0吨焦油，按2010年我国年产量计算，最低排放二氧化碳气体1732.5万吨，是温室气体的一个主要来源。因此，无论是为了解决炭黑行业的原料来源问题，还是为解决环境污染问题，利用生物质资源为原料、绿色低炭生产工艺制备纳米炭黑具有重要研究意义。

本专利是以玉米芯为原料，通过酸降解，碳化、高温处理制备微观结构可调的纳米炭黑，该方法替代传统生产工艺，利用生物质资源生产纳米炭黑是典型利用“绿色可再生资源”。所制备纳米炭黑的形貌、粒径、元素组成、孔隙结构、石墨化程度、表面官能团等微观结构均可控调节。

发明内容

本发明目的是提供一种以玉米芯为原料制备微观结构可调控的玉米芯基炭黑的方法。

本发明首先将粉碎的玉米芯与质量分数为50～75％的无机酸按固液比1∶9～1∶12(g/mL)混合均匀，将混合物置于40～65℃水浴中降解5～20min得到的滤液为小分子糖酸液，调整糖溶液中酸质量分数为20～60％，在80～160℃下碳化反应4～8小时，固体过滤、洗涤至中性、干燥后在500～1200℃下惰性气体保护下热处理1小时，最终得到微结构可调控的玉米芯基纳米炭黑。

本发明的特征在于：所述无机酸为硫酸或者硫酸和盐酸的混合物。