一种白炭黑的制备方法

本发明属于白炭黑制备，更具体的说是涉及一种白炭黑的制备方法。

背景技术：

1、白炭黑是无定形的二氧化硅，其在橡胶、塑料、造纸、油墨、日用品等行业有广泛的应用。沉淀法是生产白炭黑的主要方法，常用的沉淀剂多为硫酸，盐酸，硝酸及工业废气co2等。

2、如专利cn101077777a公开了一种二次碳分制备白炭黑的方法，方法中虽然采用了二次通入co2的方法，但需要二次分离，缺少陈化过程，制备的白炭黑颗粒较大，一般为10微米级，并且只能使用浓度≥30％的co2混合气体；专利cn101704525a公开了一种高品质橡胶用白炭黑的制备方法，方法与cn 101077777a类似，没有陈化步骤，同样需要二次分离操作，且分离操作复杂；专利cn102040225a公开了一种用co2分解制备沉淀法白炭黑的工艺，但是工艺中采用的是一次性通入co2，需要使用浓度≥30％的co2混合气体，没有陈化步骤，所得产品粒径为2-20微米，粒径较大；专利cn104310410a公开了一种配合稻壳发电制备小苏打和白炭黑的组合碳化方法，该方法中需要使用小苏打和co2两种碳化剂，降低了体系的粘度，但操作复杂，成本高且不易控制产物的粒径。

3、现有技术中多采用单次碳化的方法使硅酸沉淀，但一次碳化和缺乏陈化过程，往往使得体系中产生大量硅胶，导致产物粘性增大，造成产物难以过滤，或使得产物的粒径增大，不能获得纳米级产品。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种白炭黑的制备方法，以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、本发明技术方案之一：提供一种白炭黑的制备方法，包括：

4、将硅酸钠溶液加热后通入co2，经首次碳化和首次陈化处理后再进行二次碳化和二次陈化处理即得所述白炭黑。

5、进一步的，所述硅酸钠溶液的浓度不低于1wt.％。

6、优选的，所述硅酸钠溶液的浓度为1～40wt.％。

7、进一步的，所述加热的温度为40～100℃。

8、优选的，所述加热的温度为70～95℃。

9、优选的，所述硅酸钠溶液由硅酸钠溶解形成或水玻璃溶解形成。

10、进一步的，所述首次碳化和陈化处理的步骤为：向硅酸钠溶液中通入co2，至体系的ph值为10.5～11时，停止通入co2，陈化0.5～3h。

11、优选的，所述通入co2的体积分数不低于1％。

12、更加优选的，所述通入co2的体积分数为20～50％。

13、优选的，所述陈化的温度为40～100℃。

14、更加优选的，所述陈化的温度在陈化过程中可梯度变化。

15、进一步的，所述二次碳化和二次陈化处理的步骤为：在所述首次碳化和陈化处理后继续通入co2，至体系的ph终值为8.5～10时，停止通入co2，陈化0.5～3h。

16、优选的，所述体系的ph终值为8.5～9。

17、优选的，所述通入co2的体积分数不低于1％。

18、更加优选的，所述通入co2的体积分数为20～50％。

19、优选的，所述二次陈化的温度为40～100℃。

20、更加优选的，所述二次陈化的温度在陈化过程中可梯度变化。

21、本发明以co2作为沉淀剂，其水溶液酸性较弱，有利于形成细小的硅酸晶核，经首次碳化和陈化处理，促进大量硅酸晶核的形成，同时也避免了硅胶的产生，使体系更容易产生硅酸沉淀，大量的晶核避免了硅酸沉淀的颗粒变大增粗，有利于纳米级白炭黑的形成；二次碳化和二次陈化处理，促进了硅酸晶核的生长，利于形成硅酸沉淀，经过陈化处理，同样促进硅酸根之间的聚合，使产品不容易形成凝胶，也提高了产品的产率。

22、进一步的，所述二次碳化和二次陈化处理后还包括烘干处理。

23、优选的，所述烘干处理为：在所述二次碳化和二次陈化处理后，固液分离收集固体，在150～400℃条件下烘干0.5～2h。

24、co2通入到na2sio3溶液中，co2与水结合起到酸的作用，此过程一般称作碳化，该反应为“气-液-固”三相反应，其中存在co2的溶解与扩散，形成碳酸的过程，也存在硅酸的电离过程，存在如下平衡：

25、

26、

27、

28、由于co2的持续通入，产生了足量的h2co3，因h2co3是二元弱酸，其一级电离常数(4.2×10-7)远远大于二级电离常数(5.6×10-11)，所以该电离以一级电离为主，sio32-先与h+反应，生成hsio3-后，再进一步与h+形成硅酸沉淀，所以发生如下反应：

29、sio32-+h+＝hsio3-；

30、hsio3-+h++h2o＝h4sio4↓。

31、本发明技术方案之二：提供一种由上述制备方法制得的白炭黑。

32、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，具有如下有益效果：

33、本发明采用二次陈化的方法，能促进纳米颗粒的生成，避免粘稠状硅胶的产生。在本发明的陈化温度范围内，温度的改变不影响产物纳米颗粒的生成，同样能避免硅胶的产生。陈化过程中温度的变化，不影响白炭黑产物的生成，使合成的温度范围更宽。

34、本发明可采用不同浓度的二氧化碳进行碳化反应，只需要达到预定的ph即可，不影响白炭黑产物的生成，这扩宽了二氧化碳气体的浓度范围，使得操作更为容易。

35、本发明采用二次通入co2，首次陈化与二次陈化的相配合的方式，反应结束后固液分明，容易分离，硅元素的利用率为99％，白炭黑的粒径在0.1微米以下，制备得到了纳米级白炭黑。

36、本发明制备的白炭黑纯度高，粒度小，为纳米级白炭黑，其比表面积和吸油值较高。

技术特征：

1.一种白炭黑的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅酸钠溶液的浓度不低于1wt.％；所述加热的温度为40～100℃。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述首次碳化和陈化处理的步骤为：向硅酸钠溶液中通入co2，至体系的ph值为10.5～11时，停止通入co2，陈化0.5～3h。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述co2的体积分数不低于1％；所述陈化的温度为40～100℃。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二次碳化和二次陈化处理的步骤为：在所述首次碳化和首次陈化处理后继续通入co2，至体系的ph终值为8.5～10时，停止通入co2，陈化0.5～3h。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述通入co2的体积分数不低于1％；所述二次陈化的温度为40～100℃。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二次碳化和二次陈化处理后还包括烘干处理。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述烘干处理为：在所述二次碳化和二次陈化处理后，固液分离收集固体，在150～400℃条件下烘干0.5～2h。

9.一种如权利要求1～8任一项所述的制备方法制得的白炭黑。

技术总结
本发明属于白炭黑制备技术领域，涉及一种白炭黑的制备方法。通过在硅酸钠溶液中通入CO<subgt;2</subgt;经首次碳化和陈化处理后再进行二次碳化和二次陈化处理得到纳米级别的白炭黑。本发明采用通入两次CO<subgt;2</subgt;和两次陈化相配合的方式，反应结束后固液分明，容易分离，硅元素的利用率为99％，白炭黑的粒径在0.1微米以下，制备得到了纳米级白炭黑。

技术研发人员：孔德顺,宋说讲
受保护的技术使用者：六盘水师范学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16