[发明专利]生物质白炭黑及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及生物质白炭黑及其制备方法和用途，特别是稻壳源白炭黑及其制备方法和用途。本发明提供一种白炭黑的制备方法，包括以下步骤：d1)将包含权利要求1‑5中任一项所述的含有式M₂O·nSiO₂所示硅酸盐的水溶液的底料与酸接触，得到浆料E；d2)将步骤d1得到的浆料E固液分离，得到固相部分，干燥，得到白炭黑产品。本发明还提供一种含有式M₂O·nSiO₂所示硅酸盐的水溶液，所述含有式M₂O·nSiO₂所示硅酸盐的水溶液吸光度(如300nm下的吸光度)为0.2‑0.7。由所述方法制备得到的白炭黑作为填料，可以改善橡胶的机械特性，特别是其机械强度如拉伸强度等得到显著提高。

技术领域

本发明涉及生物质白炭黑及其制备方法和用途，特别是稻壳源白炭黑及其制备方法和用途，属于化工材料领域。

背景技术

白炭黑为无定形水合二氧化硅，其研究起源于德国，最初以硅砂为原料，采用沉淀法制备。由于白炭黑具有比表面积大、多孔、耐高温、电绝缘性强、良好的补强作用以及不燃烧等特性，当将其用于替代炭黑补强橡胶制品时，能得到与炭黑同样的补强效果。又因其外观为白色，因此被成为“白炭黑”。由于白炭黑具有强补性、分散性等多种性能，是一种非常重要的化工产品，现已广泛应用于乳胶、橡胶、塑料、涂料、化妆品、医药、农药及食品等诸多领域。

现有技术中白炭黑的制备方法包括热处理法(如气相法)和沉淀法(又称液相法)。其中，沉淀法是目前应用范围较广的方法，分别有报道以非金属矿、工业副产物、农业副产物(如稻壳灰)等为原料制备白炭黑。对沉淀法的研究中，根据酸化剂种类的不同，可以分为强酸沉淀法、CO₂沉淀法、有机酸沉淀法和碱性活化剂沉淀法。相比热处理法，沉淀法具有设备简单、成本低等优点，并且可通过加入不同的表面活性剂获得具有不同性能，满足不同需求的白炭黑产品。然而，现有技术中的沉淀法工艺通常还存在诸如工艺复杂、产品纯度低、制备周期长等不足。并且，长期以来，现有技术中的农业副产物源，尤其是稻壳源(即，以稻壳燃烧获得的稻壳灰为原料制备的)白炭黑存在诸多缺陷，例如其应用性能不足，难以达到以石英砂等矿石为来源的白炭黑相同或相似的性能，使得稻壳源白炭黑的应用受到阻碍。

为解决这些问题，人们已进行多种尝试。例如，中国专利申请201410020643.2尝试通过螯合剂水溶液的洗涤操作去除稻壳灰原料和中间产物中的金属杂质，以提升稻壳灰中二氧化硅的溶出率，从而改善白炭黑白度和纯度。然而，仍需进一步开发可有效改善上述不足，尽可能降低有机试剂的用量，或更适于规模化生产的白炭黑制备方法，以及提供相对于已有产品，更适合于改善生物质白炭黑源橡胶性能的白炭黑。

发明内容

为改善上述技术问题，本发明提供一种含有式M₂O·nSiO₂所示硅酸盐的水溶液，其中M可以选自碱金属元素如K、Na，n为二氧化硅与碱金属氧化物的摩尔比(又称“模数”)；优选地，n可以为2-3.5，所述含有式M₂O·nSiO₂所示硅酸盐的水溶液吸光度(如300nm下的吸光度)为0.2-0.7。

根据本发明的实施方案，所述水溶液的吸光度为0.3-0.7，例如0.3、0.4、0.5、0.6、0.7。优选地，所述吸光度在1.0cm比色皿中测定。

根据本发明的实施方案，所述水溶液的比重为1.000-1.280，例如1.100-1.180。

优选地，所述水溶液中含有香豆酸，例如，其香豆酸的含量为5-15μg/mL。例如，所述香豆酸为4-香豆酸。

根据本发明，所述含有式M₂O·nSiO₂所示硅酸盐的水溶液也可称为泡花碱。

本发明还提供一种所述水溶液的制备方法，包括如下步骤：

c1)稻壳灰与无机碱在水中混合反应，得到浆料C；