[发明专利]超临界白炭黑及其制备方法

说明书

本发明涉及一种超临界白炭黑及其制备方法，其制备方法包括以下步骤：将水玻璃溶液、四氯化硅和表面活性剂混合，在60℃‑100℃的条件下进行反应，待反应完成后，调pH值至6‑9停止反应，陈化、过滤，洗涤，得到白炭黑湿粉体；采用体积百分含量为20％‑100％的醇溶剂对白炭黑湿粉体进行预处理；采用超临界干燥技术对经预处理的白炭黑湿粉体进行干燥，制得白炭黑。上述方法可以有效地避免孔道的坍塌和粒子的聚集，进而能够得到高比表面的白炭黑。

技术领域

本发明涉及无机材料技术领域，特别涉及超临界白炭黑及其制备方法。

背景技术

太阳能光伏产业是目前我国鼓励发展的新能源项目。随着太阳能光伏产业的迅速发展，需要大量的多晶硅，生产多晶硅需要大量的三氯氢硅，而生产三氯氢硅副产20％左右的四氯化硅，即生产1吨多晶硅副产10吨分离提纯后纯度可达98％以上的四氯化硅。因此，多晶硅厂家和三氯氢硅厂家都存在四氯化硅的处理问题，甚至制约其生产。四氯化硅是一种具有强腐蚀性的有毒有害液体，对安全和环境危害极大，若得不到妥善的处理，其必将成为制约多晶硅产业发展的瓶颈。

白炭黑是微细粉末状或超细粒子状无水及含水二氧化硅的总称，分子式为SiO₂·nH₂O。它的化学稳定性好，耐高温，不燃烧，内表面积大，电绝缘性强.这在化工、轻工等行业中应用广泛，如橡胶、塑料、造纸、涂料、化妆品、油墨、牙膏及农工药等。最大用途是橡胶的补强填料和牙膏的磨擦剂和增稠剂。

目前利用四氯化硅生产白炭黑主要有两种方法，第一种方法是生产气相白炭黑。这种方法得到的气相白炭黑比表面积大，粒度小，品质较好，但技术要求高，工艺复杂，核心技术掌握在国外，国内虽有利用四氯化硅小批量生产气相白炭黑的装置，但技术水平与国外相差较大，且工艺较复杂、能耗高。第二种方法是用四氯化硅沉淀法生产白炭黑，这种方法成本较低，但由于四氯化硅的强酸性，生产过程很难控制，现有的技术多不成熟，很难得到品质比较好的沉淀白炭黑。所以开发一种能处理四氯化硅、产品品质好、工艺简单易控制的沉淀白炭黑制备方法显得十分必要。

普通的沉淀白炭黑制备时，由于白炭黑颗粒是由一次粒子团聚而成的二次粒子或三次粒子，在粒子聚集过程中会产生很多微孔和毛细管状孔隙。常规干燥过程中，微孔及孔隙中的水分被蒸出，由于颗粒中的孔道尺寸非常微小，水分逸出时这些孔道将承受非常大的毛细管压力，将原来十分发达的微观孔道结构压缩，最后导致塌陷，造成白炭黑粒子的硬团聚，导致白炭黑粒子的比表面积的下降和粒径的上升。所以一般沉淀白炭黑制备中会添加各种添加剂来提高白炭黑的比表面，但这些添加剂又会带来二次污染。

发明内容

基于此，有必要提供一种具有高比表面的超临界白炭黑及其制备方法。

一种超临界白炭黑的制备方法，包括以下步骤：

将水玻璃溶液、四氯化硅和表面活性剂混合，在60℃-100℃的条件下进行反应，待反应完成后，调pH值至6-9停止反应，陈化、过滤，洗涤，得到白炭黑湿粉体；

采用体积百分含量为20％-100％的醇溶剂对所述白炭黑湿粉体进行预处理；

采用超临界干燥技术对经预处理的白炭黑湿粉体进行干燥，制得所述超临界白炭黑。

上述超临界白炭黑的制备方法首先通过采用水玻璃溶液和四氯化硅为原料，并加入一定量的表面活性剂，同时优化反应条件，可以避免凝胶的生成，得到粒径小、比表面积大的白炭黑湿粉体；然后采用体积百分含量为20％-100％的醇溶剂对白炭黑湿粉体进行预处理，使醇溶剂取代颗粒空隙或凝胶网状结构中的水分子，再采用超临界干燥技术进行干燥，由于超临界流体的性质与气态和液态时的性质不一样，其密度与液态时类似，而粘度又接近于气体，扩散系数高出液体100倍左右。将流体控制在超临界状态，再使其在临界状态下逸出，可以避免孔道的坍塌和粒子的聚集，得到高比表面的超临界白炭黑。同时，还可以避免额外使用添加剂，进一步提高超临界白炭黑的纯度，得到高纯度高吸油值的超临界白炭黑。